Erweiterung des Multi-Skalen-Netzwerk-Modells zur Virtuellen Inbetriebnahme komplexer Materialflusssysteme

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Simone Göttlich; Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508338261

In diesem Vorhaben wird ein makroskopisches Flussmodell zur Materialflusssimulation weiterentwickelt und mit einem physikbasierten Modell zu einem Multi-Skalen-Netzwerk-Modell verknüpft, um es in der Virtuellen Inbetriebnahme von materialflussreichen Produktionsanlagen einzusetzen.Moderne Produktionsanlagen sind komplexe und umfangreiche Systeme, die durch eine Virtuelle Inbetriebnahme schneller und mit höherer Qualität entwickelt werden können. Dafür werden zeitdeterministische Hardware-in-the-Loop-Simulationen benötigt, die an Stelle der realen Maschinen an die Steuerung angeschlossen werden. Der Materialfluss, als Gesamtbewegung von einzelnen Stückgütern innerhalb einer Produktionsanlage, ist hier ein besonders rechenintensives Element der Simulationsmodelle. In Vorarbeiten wurde deshalb ein makroskopisches Flussmodell basierend auf hyperbolischen partiellen Differentialgleichungen entwickelt, dessen Rechenzeit unabhängig von der Anzahl der simulierten Stückgüter ist, sodass auch materialflussreiche Anlagen simuliert werden können. Im Vorgängerprojekt „OptiPlant“ wurde dieses Modell durch Parallelisierung beschleunigt und die numerische Lösung validiert. Außerdem wurde das Modell für die automatisierte Durchsatzoptimierung eines Materialflusslayouts eingesetzt. In diesem Projekt sollen die Einsatzmöglichkeiten des Flussmodells erweitert werden, sodass verschiedene Stückgüter, Geometrien, Quellen und Senken modelliert werden können. Das Flussmodell ist eine nicht-lokale Gleichung auf einem beschränkten Gebiet in zwei Ortsdimensionen, die Einflüsse der örtlichen Umgebung miteinbezieht, woraus sich spezielle Herausforderungen an die numerische und theoretische Behandlung des Flussmodells ergeben, die nun umgesetzt werden sollen. Die Kombination der Modellierung mit Realdaten soll zudem eine Parameterschätzung für die Parameterdefinition des Flussmodells ermöglichen. Die Ausrichtung des Flussmodells auf komplexere Materialflusssysteme (mit Zugabe und Entnahme von Gütern, Änderung des Materials, Änderung der Geometrie und dynamischem Layout) und die Modellierung mit optimalen Parametern für den Anwendungsfall soll den Einsatz des Flussmodells in der Virtuellen Inbetriebnahme materialflussreicher Anlagen in der Industrie ermöglichen. Sowohl für die Erweiterung als auch für die Parameterschätzung werden neue Realdaten mit mehr Variationen benötigt, wofür ein Realdemonstrator zusammen mit Industriekontakten entwickelt und aufgebaut werden soll. Da spezifische Stückgüter in dem Flussmodell nicht abgebildet werden können, soll es mit einem physikbasierten Modell kombiniert werden, sodass in einem Multi-Skalen-Netzwerk-Modell zwischen den Modellarten umgeschaltet werden kann. Dafür wurde im Vorgängerprojekt eine Prädiktionsmethode entwickelt, die Ergebnisse des physikbasierten Modells für den Steuerungstakt voraussagt. Zudem soll eine gemeinsame Ausgangsmodellierung entwickelt werden, aus dem die Szenarien in beiden Modellen generiert werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen