SPP 2476:  Prozessübergreifende Modellierung in der Produktionstechnik

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik ; Bauwesen und Architektur ; Informatik, System- und Elektrotechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Mathematik ; Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540848079

Der Kerngedanke des Schwerpunktprogramms ist die Reformulierung der Prozesskettenauslegung als rückwärtsgerichtete Problemstellung ausgehend von der herzustellenden Komponente unter Berücksichtigung stochastischer Unsicherheiten. Ziel ist es, bisher ungenutzte Synergien zwischen Fertigungsschritten zu identifizieren, zu modellieren und schließlich explizit nutzbar zu machen. Dies geschieht sowohl für die Prozessketten der individuellen Teilprojekte als auch für verallgemeinerte Problemstellungen im Rahmen von projektübergreifenden Arbeitskreisen. Die bisher nur innerhalb von Fertigungsstufen genutzte inverse Analyse wird, wie in Abb. 1 dargestellt, auf die Auslegung vollständiger Prozessketten übertragen. Es wird ein methodischer Ansatz eingeführt, um das aktuell ungenutzte Potential gegenüber einer rein sequentiellen Auslegung zu erschließen. Dies erfolgt durch die Aufstellung eines gemeinsamen Gesamtmodells, welches für eine multikriterielle Optimierung genutzt wird. Hierbei ermöglicht beispielsweise eine Gewichtung der angelegten Kriterien innerhalb einer Zielfunktion, zielgruppenspezifische Produktvarianten auszulegen. Dazu kann die individuelle Gewichtung verschiedener technischer Ziele oder die Gewichtung von technischen Zielen gegenüber Kostenzielen geändert werden. Somit trägt dieses Schwerpunktprogramm zur Auflösung des Polylemmas der Produktion hinsichtlich Qualität (technische Ziele), Zeit, Kosten, und der Ressourceneffizienz sowie der Emissionsvermeidung bei. Die grundlegende Methodik der inversen Prozesskettenmodellierung kann auf eine Vielzahl unterschiedlicher Prozessketten angewendet werden. Es muss jedoch stets eine detaillierte Anpassung an die Gegebenheiten der jeweils vorliegenden Prozesse durchgeführt werden. Aufgrund der erforderlichen vielfältigen Kompetenzen ist dafür eine interdisziplinäre Zusammenarbeit mehrerer Domänen notwendig: In der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik erfolgt die Berücksichtigung der Mikrostrukturveränderungen über die gesamte Prozesskette hinweg. Zudem werden für die einzelnen Fertigungsverfahren jeweils passende Werkstoffmodelle benötigt, gegebenenfalls auf mehreren Größenskalen. Weiter trägt die Domäne Produktionstechnik, im Sinne einer Gestaltung optimaler Prozessfolgen, zum Aufbau der Einzelmodelle und der realen Umsetzung der Prozesse inklusive einer Fertigung der betrachteten Komponenten bei. Das Fachgebiet der Mess- und Sensortechnik führt die zerstörungsfreie Datenerhebung mit inline-geeigneten Sensorsystemen durch. Innerhalb einer Prozesskette können diese auf die kombinierten Daten mehrerer Stufen zugreifen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Schweiz

Projekte

• Analyse und Modellierung der Prozesskette zur Herstellung von Bohr- und Gewindewerkzeugen aus pulvermetallurgisch erzeugtem Schnellarbeitsstahl (Antragstellerinnen / Antragsteller Biermann, Dirk ;  Kipp, Monika ;  Weber, Sebastian )
• Ganzheitliche Prozesskettenmodellierung für die Aluminiumprofilumformung (Antragsteller Faes, Matthias ;  Korkolis, Ph.D., Yannis )
• Inverse Modellierung der Prozesskette eines ADI-Bauteils zur Beherrschung prozessbedingter Verzugs- und Aufhärtprobleme (Antragstellerinnen / Antragsteller Schwarz, Christian ;  Tonn, Babette )
• Inverse Optimierung der Prozesskette Druckgießen-Richten unter Berücksichtigung von Unsicherheiten (Antragsteller Hartmann, Christoph ;  Lechner, Philipp ;  Volk, Wolfram )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Volk, Wolfram )
• Methodenentwicklung zur multikriteriellen Optimierung einer Prozesskette zur Herstellung hybrider Leichtbaukomponenten (Antragsteller Brosius, Alexander ;  Prahl, Ulrich )
• Methodik zur ganzheitlichen Prozesskettenanalyse und -modellierung am Beispiel der Bipolarplatten-Fertigung (Antragstellerinnen / Antragsteller Psyk, Verena ;  Walther, Frank )
• Modellgestütztes Eigenschaftsdesign entlang der Prozesskette Stranggießen, Strangpressen und Biegen (Antragstellerinnen / Antragsteller Ben Khalifa, Noomane ;  Sandlöbes-Haut, Stefanie ;  Volk, Wolfram )
• Modellierung des Sinterschmiedens unter Berücksichtigung der Unsicherheitspropagation (Antragstellerinnen / Antragsteller Hinz, Lennart ;  Uhe, Johanna )
• Modellierung von Unsicherheiten in der Prozesskette vom Ausgangsmaterial bis zur Crimpverbindung unter Einsatzbedingungen für die rückwärtsgerichtete Werkstoff- und Prozessoptimierung (Antragsteller Bergs, Thomas )
• Multikriterielle, prozessübergreifende Auslegung für den Herstellprozess von Aluminium-Kühlplatten auf Basis der ganzheitlichen Modellierung der Prozesskette Umformen/Laserschweißen (Antragsteller Hagenlocher, Christian ;  Riedmüller, Kim Rouven )
• Prozessübergreifende Modellierung einer Kaltumform- und Zerspanungsprozesskette eines Verdichterrades unter Berücksichtigung spezifischer Unsicherheiten (ProMoKaZ) (Antragsteller Liewald, Mathias ;  Möhring, Hans Christian )
• Prozessübergreifende Modellierung zur Herstellung funktionell gradierter Schichtsysteme durch thermisches Spritzen und mechanische Nachbearbeitung - ProModFun (Antragstellerinnen / Antragsteller Bocklisch, Franziska ;  Lampke, Thomas ;  Schubert, Andreas )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk