Mit über 18.000 Industrieunternehmen spielt die Produktionsbranche eine wichtige Rolle in der niedersächsischen Wirtschaft. Namenhafte Produzenten der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Medizintechnik und der Elektronikindustrie führen Produktionsstätten in Niedersachsen. So unterschiedlich ihre Produkte auch sind, die Betriebe stehen vor ähnlichen Problemen. Der globale Absatzmarkt setzt sie unter Druck: Innovations- und Produktlebenszyklen werden immer kürzer, die Komplexität der Prozesse immer umfangreicher und Anforderungen bezüglich der Kundenindividualität, Qualität und Sicherheitsstandards immer höher. Um sich im internationalen Wettbewerb einen Vorteil zu verschaffen, ist es nötig die Produktionsprozesse zu optimieren und dadurch die Wirtschaftlichkeit zu steigern. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, bietet die Digitalisierung der Produktion.
Der Produktionsprozess wird von vielen unterschiedlichen Parametern beeinflusst. Um die Wirkungszusammenhänge der Einflussfaktoren auf die Produktionsergebnisse zu erkennen, arbeiten wir mit einer statistischen Versuchsplanung, dem sogenannten Design of Experiment. Dabei untersuchen wir die einzelnen Variablen weitgehend unabhängig voneinander, sodass wir deren Effekte auf die Zielgrößen ableiten können. Mit dieser Vorgehensweise ist es möglich, Fertigungsprozesse systematisch zu verbessern.
Die Forschenden des Zukunftslabors Produktion entwickeln und untersuchen am Beispiel des Druckgießprozesses Technologien, die Fertigungsverfahren und Produktionsabläufe möglichst selbstständig – also ohne menschliches Eingreifen – optimieren. Dabei erarbeiten sie in fünf zusammenhängenden Teilprojekten konkrete anwendungsfähige Lösungsansätze, die zur durchgehenden Digitalisierung der Produktion beitragen sollen.
Im ersten Teilprojekt wird die Basis für Intelligente Werkzeugsysteme gelegt. Intelligente Werkzeuge sind Bestandteile einer vernetzten Produktion. Sie analysieren Prozessschritte und treffen Entscheidungen zur Optimierung. Die Forschenden des Zukunftslabors Produktion entwerfen ein intelligentes Werkzeug für den Druckguss, das die spezifischen geometrischen und qualitätsrelevanten Randbedingungen der Fertigung abbildet und gezielt kritische Eigenschaften eines Druckerzeugnisses provoziert (z. B. Porosität). Anschließend simulieren die Wissenschaftler*innen den Druckgießprozess virtuell, damit sie möglichst viele Wirkungszusammenhänge zwischen den einzelnen Produktionsfaktoren erkennen können. Intelligente Werkzeuge – so auch das Druckgießwerkzeug dieses Teilprojekts – verfügen außerdem über eine geeignete Sensorik. Sie dient dazu, prozessspezifische Größen zu messen und zu erfassen, die durch die Gießsimulation erkannt werden. Außerdem steuert die Sensorik die Funktion des Bauteils und speist die Prozessdaten in ein IT-System ein („Sensor-to-the-Cloud-Konnektivität“), um weitere Analysen vorzunehmen. Hier können auch Methoden des Maschinellen Lernens zum Einsatz kommen, die auf der Basis von Algorithmen große Datenmengen verarbeiten und z. B. Prozessanomalien erkennen können.
Neben der Erstellung des Druckgießwerkzeugs und der Simulation des Gießprozesses arbeiten die Forschenden dieses Teilprojekts an einer Referenzplattform, die die Sensordaten erfasst. Sie wird zur Steuerung und Überwachung des Prozesses eingesetzt. Dafür ist es notwendig, die Plattform mit einer leistungsfähigen algorithmischen Verarbeitungseinheit auszustatten, Schnittstellen für Automatisierungsprozesse zu ermöglichen, eine Hardware und Software zur schnellen Datenaufnahme und -verarbeitung einzusetzen sowie eine echtzeitfähige Kommunikation zu gewährleisten.
Folgende Wissenschaftler sind am ersten Teilprojekt seit Beginn beteiligt:
Durch den Bezug zum Druckgussverfahren orientiert sich das Zukunftslabor Produktion an realitätsnahen Prozessen und Abläufen der industriellen Fertigung. Insbesondere für Niedersachsen hat der Druckguss eine wichtige Bedeutung, da er für die Automobil- und Luftfahrtindustrie relevant ist. Die aufeinander aufbauenden Teilprojekte greifen die Komplexität der Produktionsrealität auf und ermöglichen damit eine realistische Analyse digitaler Prozessimplementierungen. Durch die Vernetzung produktionstechnischer Systeme und die Modellierung der Prozesse erforscht das Zukunftslabor Optimierungspotenziale, die den niedersächsischen Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil auf dem globalen Markt verschaffen können.
