Univ. Prof. Dr. Ing.

Bergs, Thomas

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  • Publication
    Individuelle Prozessketten im Werkzeugbau durch daten- und modellbasierte Prognosen
    ( 2020)
    Bergs, Thomas
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    Arntz, Kristian
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    Prümmer, Marcel
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    Wilms, Marcel
    Konnte sich der Werkzeugbau in der Vergangenheit durch die eigene Innovationskraft vom globalen Markt differenzieren, so muss er sich heutzutage durch die Effizienzsteigerung in der Fertigung und die Senkung der Produktionskosten vom Markt abgrenzen. Der heterogene Einsatz verschiedenster Fertigungstechnologien erzeugt einen hohen Planungsaufwand in der Unikatfertigung und erfordert technologieübergreifendes Prozess-verständnis. Auf Basis dieser Komplexität resultieren starke Abweichungen der prognostizierten und tatsächlichen Bearbeitungszeiten, sowohl auf Einzeltechnologieebene als auch technologieübergreifend. Dies hat zur Folge, dass deutliche Potenziale in der Fertigung liegen gelassen werden. Ein möglicher Lösungsansatz diese Potenziale zu nutzen, liegt in der Implementierung von individuellen und adaptiven Prozessketten, sodass bei Störungen wie bspw. einem Maschinenausfall oder Eilaufträgen, auch technologieüber-greifend umgeplant werden kann. Zur Integration von individuellen Prozessketten müssen jedoch einige Herausforderungen überwunden werden, wie bspw. die Erhöhung der Prognosefähigkeit und die Klassifizierung von Bauteilen in der Unikatfertigung. Durch die Kopplung von modell- und datenbasierten Methoden kann die Anzahl an benötigten Daten reduziert und die Prognosefähigkeit gesteigert werden. Darüber hinaus ist die Maschinendatenverfügbarkeit und -verarbeitung entscheidend um weiteres Prozesswissen für die Entscheidungsfindung und Arbeitsplanerstellung zu generieren.
  • Publication
    Mit dem Digitalen Zwilling Prozessgrenzen überwinden
    ( 2020)
    Bergs, Thomas
    ;
    Gierlings, Sascha
    ;
    Augspurger, Thorsten
    Kaum eine Entwicklung hat die Arbeits- und Produktionswelt in den letzten Jahren so geprägt wie die Digitalisierung. Die konsequente und flächendeckende Konnektivität ist wesentlicher Treiber für den technologischen und gesellschaftlichen Wandel. Der Digitale Zwilling ist dabei das zentrale Vehikel, welches die verfügbaren Daten und Informationen über den Lebenszyklus eines realen Objekts hinweg aggregiert, strukturiert und nutzbar macht. Doch wie muss der Digitale Zwilling in der Produktions- und Fertigungswelt aufgebaut sein? Wie müssen Daten gespeichert und zu Informationen aufbereitet werden und in welcher Weise bestimmt sich der Wert oder Mehrwert der Daten im Digitalen Zwilling in der Gesamtbilanz über die unterschiedlichen Phasen des Produktlebenszyklus? Der vorliegende Beitrag definiert den Digitalen Zwilling für ein produktionstechnisches Umfeld und vertieft das Zusammenwirken von Daten, Digitalem Schatten, Modellen und dem Digitalen Zwilling anhand konkreter fertigungstechnischer Fragestellungen. In diesem Zusammenhang wird auf die Bedeutung von Daten sowie Modellen eingegangen und deren Beitrag im Sinne des Digitalen Schattens und Zwillings kritisch hinterfragt. Der Beitrag schließt mit einer Diskussion über den Wert oder Mehrwert, welcher durch die Nutzung von Daten für Produkt und Produktion entsteht.
  • Publication
    Integrative Simulation von Werkzeugmaschine und Fertigungstechnologie
    ( 2011)
    Brecher, Christian
    ;
    Klocke, Fritz
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    Lohse, Wolfram
    ;
    Cabral, Gustavo Francisco
    ;
    Rasim, Matthias
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    Triebs, Johannes
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    Minoufekr, Meysam
    ;
    Bäumler, Stephan
    ;
    Bergs, Thomas
    ;
    Herfs, Werner
    ;
    Glasmacher, Lothar
    ;
    Wegner, Hagen
    Die spanende Herstellung komplexer Produkte unterliegt in der heutigen Produktion vielfältigen Planungsunsicherheiten, die eine aufwändige iterative Optimierung und damit eine nicht produktive Belegung von Fertigungsmitteln erfordern. Auf diese Weise wird die Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen herabgesetzt und hochqualifiziertes Personal gebunden. Um dem entgegenzuwirken, können bei der CAM-Planung Simulationssysteme zum Einsatz kommen, die ein besseres Prozessverständnis liefern. Die verfügbaren Lösungen vernachlässigen dabei jedoch die physikalischen Eigenschaften, die sich aus dem Verhalten der mechanischen Maschinenstruktur und dem Zerspanungsprozess ergeben. Außerdem erfährt der Einfluss, den NC-Steuerungen durch die aus dem NC-Programm berechente Bahnvorgabe ausüben, keine Berücksichtigung. Während diese Vernachlässigung bei einfachen Fertigungsaufgaben oft gerechtfertigt ist, ergeben sich bei komplexen Bearbeitungen signifikante Unterschiede zwischen dem virtuellen und dem realen Prozess. Schlussfolgerungen, die auf dieser Basis gezogen werden, sind daher mit einer weitreichenden Unsicherheit behaftet. Zur Beschreibung physikalischer Effekte existieren Simulationswerkzeuge, die bislang jedoch kaum in der CAM-Planung eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich in der Regel um isolierte Anwendungen, die die Eigenschaften und das Verhalten eines einzelnen Subsystems, beispielsweise der Maschinenstruktur oder der Werkstoffzerspanung, wiedergeben. Diese Systeme weisen deutliche Unterschiede hinsichtlich Rechenzeiten, Zuverlässigkeit, Umfang berücksichtigter Phänomene und Genauigkeit auf, so dass teilweise Anpassungen für einen Einsatz im CAM-Umfeld erforderlich sind. Gekoppelte Simulationen, die Wechselwirkungen zwischen den Subsystemen einer Werkzeugmaschine virtuell abbilden können, werden vorrangig im Forschungsumfeld und auch hier nicht mit dem Ziel einer CAM-Integration entwickelt. Daher wird im Exzellenzcluster-Teilprojekt "Virtuelle Fertigungssysteme" eine Softwareplattform realisiert, die den Anforderungen der spanenden Bearbeitungsplanung für die Technologien Fräsen und Schleifen gerecht wird. Das entwickelte Virtual Manufacturing System (VMS) koppelt Modelle zur Berücksichtigung der NC-Steuerung, der Regelkreise, der mechanischen Maschinenstruktur und der Prozesskräfte und ermöglicht somit die virtuelle Vorhersage sowohl von Einzeleinflüssen als auch von Wechselwirkungen. Darüber hinaus wird eine enge Bindung an die Planungsebene durch die Einbettung der integrativen Simulation in ein CAM-System angestrebt, damit simulative Ergebnisse ohne Informationsbrüche zu einer optimierten Bearbeitungsplanung beitragen können. Im VMS bilden Steuerungssimulationen, die eine präzise Wiedergabe des NC-Verhaltens erlauben, den Ausgangspunkt. Daran werden beim Fräsen Mehrkörpermodelle als Abbildung der mechanischen Struktur eines fünfachsigen Bearbeitungszentrums angeschlossen und mit Berechnungsalgorithmen zur Ermittlung von Prozesskräften verbunden, die auf Durchdringungsrechnungen sowie empirischen Zusammenhängen beruhen. Letzterer Ansatz wird auch beim Schleifen verfolgt. Hier kommen zur virtuellen Abbildung der Maschinenstruktur jedoch aufgrund der unterschiedlichen Prozesscharakteristika Maschinenstrukturmodelle mit geringerem Detaillierungsgrad zum Einsatz. Die Simulationsmöglichkeiten werden durch Modelle zur Ermittlung des Energiebedarfs von Bearbeitungsoperationen komplettiert, mit denen Aspekte der Energieeffizienz in die CAM-Planung einbezogen werden können. Um die Integration neuer Funktionalität aus dem Planungs- und Simulationsumfeld leichter berücksichtigen zu können, wurden im Teilprojekt "Virtuelle Fertigungssysteme" auch weiterführende Softwarearchitekturansätze analysiert, mit denen informationstechnische Rahmenwerke erstellt werden können. Aus diesen Untersuchungen ist das CAx-Framework zur erweiterten Technologie- und Bahnplanung hervorgegangen, das Basisfunktionen und Anschlusspunkte zur Einbettung neue r CAM-Funktionalitäten bereitstellt. Auf Basis des VMS und des CAx-Framework können Unternehmen aus Hochlohnländern Fertigungsprozesse wirtschaftlicher einfahren, optimieren und umstellen. Qualifiziertes Personal zur Anwendung dieser Softwarewerkzeuge vorausgesetzt, kann die damit verbundene Flexibilitäts- und Qualitätssteigerung zu erheblichen Wettbewerbsvorteilen führen. Auch der in Hochlohnländern wie Deutschlang erfolgreiche Maschinenbau kann vom Einsatz des VMS zur Verbesserung seiner hochgradig komplexen Produkte, d.h. Produktionsmaschinen, wirtschaftlich profitieren.