SPP 2364:  Autonome Prozesse in der Partikeltechnik - Erforschung und Erprobung von Konzepten zur modellbasierten Führung partikeltechnischer Prozesse

• Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik/Verfahrenstechnik ; Informatik, System- und Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460890345

Das Ziel des Schwerpunktprogrammes ist die Erforschung und Erprobung von Methoden zur autonomen Prozessführung in der Partikeltechnik. Die verteilten Eigenschaften von Partikeln verhindern während deren Verarbeitung oft eine weitgehende Automatisierung und autonome Prozessführung, die für eine selbständige Einstellung der Produkteigenschaften ohne Eingriff von außen notwendig erscheint. In der ersten Periode gliederte sich das SPP in drei Themenbereiche: die Entwicklung regelungsfähiger Modelle (Modellierung), Messsysteme zur In-situ-Erfassung von Produkteigenschaften (Messtechnik) und die Entwicklung von Konzepten zur modellbasierten Regelung von Prozessen der Partikeltechnologie (Prozesssteuerung). Ziel war die Schließung des Regelkreises mit der Verknüpfung der drei Themen als grundlegendes Strukturelement. Dazu waren zunächst die vorgeschlagenen Prozesse zur Verfügung zu stellen und diese mit entsprechenden Aktoren und Sensoren auszustatten, damit darüber ein direkter Eingriff der Regelungstechnik erfolgen kann. In der zweiten Phase des SPP stehen Prozessketten im Mittelpunkt, die aus zwei oder mehr Grundoperationen bestehen. Die apparative und informationstechnische Verflechtung zu einer Prozesskette ermöglicht, die Wechselwirkungen zwischen den Grundoperationen und deren gegenseitige Beeinflussung zu untersuchen. Ein optimaler Betriebspunkt eines einzelnen Prozessschrittes garantiert nicht einen optimalen Betrieb der gesamten Kette. An dieser Stelle sind umfangreiche Forschungsarbeiten denkbar, wie z.B. die Untersuchung des nichtlinearen Verhaltens eines Prozessschrittes in Wechselwirkung mit den anderen Grundoperationen oder mit der Materialrückführung, das Verhalten von Störungen innerhalb einer Grundoperation und deren Auswirkung auf die gesamte Kette oder die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen der digitalen Darstellung und dem realen Prozess innerhalb eines vorgegebenen Betriebsfensters. Nach Abschluss des Programms soll ein neuartiger"wissenschaftlicher Werkzeugkasten" (Methoden, Algorithmen, Modelle, Datenstrukturen und Informationsarchitekturen) zur Verfügung stehen, der eine zuverlässige Prozessregelung ermöglicht, wobei das Werkzeug auch auf neue Partikelprozesse übertragbar sein sollte. Dass SPP führt hierfür die notwendigen Expertisen verschiedener Forschungsrichtungen der Partikeltechnik, der Regelungstechnik sowie der Informatik zusammen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Adaptive datengesteuerte prädiktive Steuerung unter Nutzung eines Verhaltensansatzes für eine autonome Tablettierung (Antragsteller Bajcinca, Naim ;  Thommes, Markus )
• Adaptive optimale Regelung der kontinuierlichen wässrigen Zweiphasen-Flotation (ATPF) (Antragsteller Diehl, Moritz ;  Nirschl, Hermann )
• ARCO-CHAIN: Autonome robuste prädiktive Regelung einer kontinuierlichen Kristallprozesskette (Antragstellerinnen / Antragsteller Lucia Gil, Sergio ;  Wohlgemuth, Kerstin )
• Autonome Regelung einer Prozesskette zur CO2-Mineralisation unter Verwendung von alkalihaltigen Abfallstoffen (Antragsteller Bajcinca, Naim ;  Gleiß, Marco ;  Sundmacher, Kai )
• Autonome Strukturbildung in Wirbelschichtsprühagglomerationsprozessen (Antragsteller Bück, Andreas ;  Kienle, Achim ;  Tsotsas, Evangelos )
• Autonome und selbst-adaptierende, hochauflösende 3D additive Fertigung mittels hochenergetischer Partikelstöße (Antragsteller Antonyuk, Sergiy ;  Palis, Stefan )
• Formulierung von dispersen Systemen durch (Schmelz-)Emulgierung: Prozessgestaltung, In-situ-Diagnostik und Regelung (Antragsteller Graichen, Knut ;  Huber, Franz ;  Schmidt, Jochen )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Nirschl, Hermann )
• Modellbasierte Prozessführung für Lichtbogensynthese von Nanopartikeln (Antragsteller Ding, Steven Xianchun ;  Kruis, Frank Einar )
• Modellbasierte Qualitätsregelung in der kontinuierlichen Produktion pharmazeutischer Granulate und Tabletten (QC4CM) (Antragsteller Klinken-Uth, Stefan ;  Stemmler, Sebastian )
• Modellbasierte Regelung der Sprühtrocknung von strukturierten Granulaten mit spezifizierten Eigenschaften durch Transferfunktionen, hergeleitet mittels multivariater stochastischer Modelle und maschineller Lernverfahren (Antragsteller Peuker, Urs ;  Schmidt, Volker )
• Modellbasierte Steuerung der Dynamik bei der Feinstmahlung in nass betriebenen Rührwerksmühlen (Antragsteller Kirches, Christian ;  Schilde, Carsten )
• Modellbasiertes Konzept für den dynamischen und effizienten Betrieb von Flüssig/flüssig Mixer-Settler Systemen (Antragstellerinnen / Antragsteller Knorn, Steffi ;  Kraume, Matthias )
• Optimierung des Betriebs von Wirbelschichtverfahren mittels maschinellen Lernens (Antragstellerinnen / Antragsteller Mostaghim, Sanaz ;  van Wachem, Berend )
• Synthese und Reinigung hochfunktionaler Nanopartikel: eine geregelte Prozesskette von der Sol-Gel-Synthese zur Dead-End-Ultrafiltration (Antragsteller Meurer, Thomas ;  Nirschl, Hermann )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Hermann Nirschl