Modellbasierte Planung energieeffizienter Prozessketten in der spanenden Bauteilfertigung mit System Entity Structures

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Pawletta
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 170723696

Aus ökologischen und ökonomischen Gründen gewinnt der Energie- und Ressourceneinsatz in der Fertigung zunehmend an Bedeutung. Hiervon ausgehend soll die im laufenden Vorhaben entwickelte Methodik zur Spezifikation, Auswahl und Optimierung von energetisch- und ressourceneffizienten Verfahrensfolgen maßgeblich erweitert werden und im Fortsetzungsprojekt zusätzlich Planungs-/Steuerungsstrategien und differenzierte Untersuchungsszenarien mittels der SES beschrieben (metamodelliert) werden. Auf Basis fertigungstechnischer Zielstellungen und Nebenbedingungen sollen aus dem Metamodell (der SES) weitestgehend automatisch zu untersuchende Prozessvarianten mit einem zugehörigen Experimentrahmen (Bewertungsgrößen und Untersuchungsszenarien) generiert werden. Für kombinierte Untersuchung von fertigungstechnischen und produktions¬planerischen/-steuerungstechnischen Fragestellungen muss die Grundstruktur und nutzerbezogene Parametrierung der entwickelten, fertigungstechnischen Prozessmodelle hinsichtlich der internen Daten- und Funktionskapselung überarbeitet und erweitert werden. Die abgeleiteten Modellklassifikationen (NC-satz-, messdaten- und gleichungsbasiert) sollen die Neuentwicklung von Prozessmodellen stark vereinfachen und die bisher hohe Rechenzeit deutlich reduzieren. Darüber hinaus soll die Modellbasis um weitere Wärmebehandlungsverfahren- und um umformtechnische Verfahrensmodelle erweitert werden und auch materialflusstechnische Basismodelle wie Puffer, Weichen etc. berücksichtigen. Damit bietet die Modellbasis die Voraussetzung zur Untersuchung von Prozessketten mit vielfältig alternativen Fertigungsvarianten, obgleich der Fokus auf spanende Verfahren mit Wärme¬behandlungen bleibt. Die kombinierte Betrachtung von Fertigungsfolgen sowie von Produktionsplanung und Steuerung bezieht sich auf die energie- und ressourceneffiziente Herstellung von Teilesortimenten unter Beachtung von einzuhaltenden Qualitätsparametern, Lagerbeständen, Maschinenauslastungen, Lieferterminen etc. Hervorzuheben ist, dass Bewertungsgrößen wie der Energieverbrauch oder Maschinenbelegungen nicht als statistisch gemittelte Größen, sondern als Zustands-Zeit-Funktionen betrachtet werden. Insbesondere beim Energieverbrauch ist die zeitabhängige Betrachtung fundamental, da es gilt Energiespitzen zu vermeiden oder in bestimmte Zeiträume zu verlagern. Aus der Betrachtung resultieren eine wesentlich höhere Modellkomplexität sowie multikriterielle, diametrale Zielstellungen, für die eine klare Trennung von Fertigungsprozess, Produktionssteuerung und Zielkriteriendefinition erforderlich ist. Die kombinierte Betrachtung von Verfahrensfolgen und Produktionssteuerungen hinsichtlich des zeitabhängigen Energie/Ressourcenverbrauchs im Wechselspiel mit den klassischen fertigungstechnischen Bewertungskriterien ist in dieser Form bisher nicht bekannt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Felix Breitenecker