Iststand und Perspektiven bei der Digitalisierung von Umformanlagen am Praxisbeispiel einer Presshärteanlage

Die Zahl pressgehärteter Komponenten im Automobilbau, wie z. B. B-Säulen, Schweller und Mitteltunnel, wird pro Fahrzeug von heute durchschnittlich 10 bis auf circa 30 Bauteile im Jahr 2018 ansteigen [ASPA15]. Hinzu kommt, dass sich zukünftig das Einsatzspektrum von pressgehärteten Bauteilen weit über den automobilen Fahrzeugbau hinaus erstrecken wird, wie z. B. in den Nutzfahrzeugsektor, den Bereich der Sicherheitstechnik oder die Landtechnik. Pressgehärteten Bauteilen lässt sich somit ein sehr großes Vermarktungspotenzial, weit über den bisherigen Sektor des Automobilbaus hinaus, prognostizieren. Hinzu kommt, dass pressgehärtete Bauteile dem Trend nach Individualisierung nachkommen. Zum Beispiel können partielle Eigenschaften, z. B. duktile Bauteilzonen in den Beschnittbereichen gegenüber gehärteten Bereichen in crashbeanspruchten Bauteilzonen, in einem Produkt prozessintegriert erzeugt werden. Dadurch lässt sich ein enormes, vielfältiges Produktspektrum realisieren. Den Auswirkungen auf die Produktion von pressgehärteten Bauteilen durch diese einerseits Bedarfssteigerung bei andererseits gleichzeitiger Individualisierung muss durch flexible und intelligente Prozessketten begegnet werden. Der Aufbau der am Fraunhofer IWU entwickelten Modellprozesskette folgt dem Forschungsansatz des Instituts, Prozessoptimierungen nicht ausschließlich auf einzelne Prozessschritte zu beschränken, sondern in ihrer Wechselwirkung über die gesamte Prozesskette zu untersuchen. Dabei sind umfassende wissenschaftliche Kenntnisse zur Werkzeugkühlung, zu alternativen Erwärmungsprinzipien sowie zur Prozessauslegung nötig. Zur Validierung erster Forschungsansätze und verschiedener Optimierungsstrategien konnte für das Presshärten zunächst ein virtuelles 3D-Modell der Prozesskette erstellt werden, welches bereits realitätsnahe Prozessdaten abbildet und somit ein wichtiges Hilfsmittel für Voruntersuchungen darstellt. Darüber hinaus erfolgt durch umfangreiche Messtechnik, welche sowohl in die Maschinen als auch die Werkzeuge integriert und miteinander verkettet ist, die permanente Datenerfassung des Produktionsprozesses. Durch Analyse dieser Prozessdaten können die komplexen Wirkzusammenhänge bei Umformprozessen durch Verfahren des maschinellen Lernens erfasst und zur optimalen Regelung der Prozesse eingesetzt werden. Ziel ist hier die Ermittlung der Korrelation von Prozessdaten zu resultierenden Bauteileigenschaften wie Geometrie oder Festigkeit. Anhand der Datenbasis können Prozessmodelle erstellt werden, die das digitale Abbild des Presshärteprozesses darstellen. Dadurch können Änderungen im Prozess schneller und sicherer erfasst und bewertet werden, was auch bei einer Neuplanung von Prozessen und Anlagen von Vorteil ist.