Ersatzmodell-gestützte Vorhersage der Wechselfestigkeit umlaufender Wellen und Prozessoptimierung auf Basis flexibler Kriging-Modelle

• Antragsteller: Professor Dr. Roland Herzog
• Fachliche Zuordnung: Mathematik ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547638154

Die Absicherung von Funktionseigenschaften industriell gefertigter Bauteile stellt in der heutigen Fertigungstechnik einen wesentlichen Faktor dar. Sie erfordert in der Regel zeit- und kostenaufwändige Messkampagnen. Das Hauptanliegen dieses Projekts als Teil eines Paketantrags liegt daher auf der Entwicklung von Modellen, die zuverlässige Vorhersagen der Funktionseigenschaften des einzelnen Bauteils alleine aus Daten ermöglichen, die bereits während des Fertigungsprozesses erhoben werden können. Exemplarisch wird dafür die Wechselfestigkeit umlaufender Wellen aus martensitischem Stahl betrachtet, deren Fertigungsprozess aus einer initialen Wärmebehandlung und anschließendem Formdrehen besteht. Forschungsgegenstand des beantragten Projekts sind Verfahren des überwachten maschinellen Lernens, die in der Lage sind, solche Funktionseigenschaften vorherzusagen. Sie stützen sich dabei auf eine Vielzahl heterogener Daten, die während des Produktionsprozesses erhoben werden, wie Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit. Konkret sollen sogenannte Kriging-Modelle zum Einsatz kommen, die auch unter dem Namen Gaußprozess-Regression bekannt sind. Diese sind nicht nur das zentrale Arbeitsmittel zur Erstellung der für die am Paketantrag beteiligten Projekte charakteristischen datengetriebenen Prozess-Eigenschaftsmodelle, sondern aufgrund der spezifischen Anforderungen der betrachteten Anwendungen auch ein direkter Forschungsgegenstand. Beispielsweise müssen problemspezifische Regressions- und Korrelationsfunktionen unter Berücksichtigung der Heterogenität potenzieller Einflussgrößen sowie schnelle iterative Lösungsverfahren zur Schätzung der zugehörigen Parameter entwickelt werden. Weiterer Forschungsbedarf ergibt sich aus möglicherweise unvollständigen Datensätzen sowie aus der Frage, welche Prozessgrößen am Ende tatsächlich einen signifikanten Einfluss auf die Wechselfestigkeit der gefertigten Bauteile haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen