SFB 653: Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus - Nutzung vererbbarer, bauteilinhärenter Informationen in der Produktionstechnik (Gentelligent Components in their Lifecycle)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
An die Produktion von morgen werden große Anforderungen gestellt: Sie muss variabel sein und die individuelle Fertigung in Losgröße 1 ermöglichen. Sie muss intelligent, effizient und nachhaltig sein. Der Blick in die Zukunft zeigt Fabriken, in denen Bauteile und Maschinen miteinander kommunizieren und eigenständig Entscheidungen treffen – sie sind aktive, eigenständige Bestandteile vernetzter Produktionssysteme. Der Sonderforschungsbereich 653 „Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus – Nutzung vererbbarer, bauteilinhärenter Informationen in der Produktionstechnik“ schafft die Grundlage dieser Zukunft und geht dabei einen Schritt über die konventionellen Technologien der Datenchips hinaus. Die Vision besteht in der physikalischen Integration des Bauteils mit seinen Reproduktions- und Beanspruchungsinformationen aus dem Lebenszyklus. Das langfristige Forschungsziel ist die Aufhebung dieser Trennung von Bauteil und dazugehöriger Information durch die Entwicklung gentelligenter Bauteile, die mit genetischen und intelligenten Eigenschaften ausgestattet sind. Die angestrebte inhärente Informationserfassung und -speicherung leistet einen wichtigen Beitrag für die Weiterentwicklung der Produktionstechnik und der Produktentwicklung zur Nutzung in produktionstechnischen Systemen der Zukunft. Die leitenden Fragestellungen zur Realisierung dieser Zielsetzung bildeten auch die Grundlage für die Struktur des SFB, der sich in fünf Projektbereiche aufteilte. Das wissenschaftliche Forschungsprogramm ist an den drei Förderperioden orientiert und folgte der Vorgehensweise „Grundlagen – Entwicklung – Integration“. In den ersten vier Jahren wurde experimentell und simulativ der Nachweis erbracht, dass Bauteile zur inhärenten Belastungserfassung und -speicherung befähigt werden können und erste gentelligente Prototypen entwickelt. Die Erkenntnisse wurden genutzt, um Instandhaltungs-, Planungs- und Werkzeugmaschinensysteme zu entwickeln, die deutliche Vorteile hinsichtlich Genauigkeit, Flexibilität und Datenkonsistenz gegenüber konventionellen Systemen aufweisen. Dazu wurden die produktionstechnischen Technologien und Ansätze entwickelt und das in der Werkstoffkunde, Mikroproduktions- und Fertigungstechnik sowie Signalübertragung und -analyse benötigte Grundlagenwissen aufgebaut. Ziel der 2. Förderperiode war die Erforschung der funktionalen Eigenschaften der gentelligenten Bauteile für gentelligente Systeme mit erweitertem Technologie- und Anwendungsspektrum. Die Speicherdichten und Belastungssensitivitäten der gentelligenten Bauteile konnten deutlich gesteigert werden. Durch die Weiterentwicklung der magnetischen Magnesiumlegierungen wurden reproduzierbare Belastungserfassungen erreicht. Die entwickelte Mikrostrukturierung der Bauteiloberflächen in Zerspanprozessen ermöglicht eine sichere Bauteilidentifikation. Weiterhin wurde die weitere Miniaturisierung der Komponenten zur bauteilinhärenten Kommunikation realisiert. Im Projektbereich S wurden die Technologien zur Integritätsbewertung erforscht und deren Anwendungsflexibilität erweitert. Durch die Entwicklung eines belastungssensitiven Werkzeugschlittens konnte eine weitere Informationsquelle zur Prozessüberwachung und -bewertung geschaffen werden. Weiterhin wurde der Mehrwert gentelligenter Bauteile durch einen neuen bauteilzustandsbasierten Instandhaltungsansatz nachgewiesen. Das Verfahren zur Herstellung bauteilinhärenter Energie- und Signalübertragungen wurde weiterentwickelt und zustandsbasierte Informationen aus gentelligenten Bauteilen in neuen Ansätzen zur Prozesssimulation und Fertigungssteuerung eingesetzt. Hauptzielsetzung des 3. Förderzeitraums war die Integration der Ansätze in den Anwendungsrahmen einer gentelligenten Produktion sowie die Entwicklung von Implementierungsstrategien mit dem Fokus auf dem Erkenntnistransfer entwickelter Einzeltechnologien und Systeme in die praktische Anwendung durch Transferprojekte. Um dies zu erreichen und gleichzeitig die Potentiale für eine industrielle Nutzung in zukünftigen produktionstechnischen Systemen deutlicher darzustellen, wurde im 3. Förderzeitraum erstmals eine „Gentelligente Produktion“ aufgebaut. Dazu wurden die Technologien der Teilprojekte in dem geschlossenen Kreislauf gentelligenter Bauteile mit den Phasen der Produktentstehung, -herstellung, -nutzung und Informationsrückführung integriert. In den einzelnen Projektbereichen wurden weiterführende Entwicklungen zur Signalanalyse und -übertragung, zur Speicherkapazität sowie Untersuchungen zu Möglichkeiten der Übertragbarkeit und zur Steigerung der Leistungsfähigkeit durchgeführt. Diese bis zum Ende der 3. Phase durchgeführte Zusammenführung und Integration der Ansätze in einer Gentelligenten Produktion schaffte die Grundlage für die Überführung der Grundlagenforschung in die industrielle Anwendung und somit zur nachhaltigen Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der Produktionstechnik in Deutschland.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, DE102007062436, 20.12.2007
Kerber, K., Bach, F.-W.; Schaper, M.
- Acquisition of discrete component and loading information in the component’s edge region using innovative sensor technology, 4th I*PROMS 2008 Virtual International Conference on Innovative Production Machines and Systems, S. 431-437, 2008
Mroz, G., Reimche, W., Bach, F.W.
- Verfahren zur Herstellung von Presslingen, DE102008035854, 01.08.2008
Lange, F., Behrens, B.-A., Gastan, E.
- Bauteil, Verfahren zum Einbringen von Informationen in ein Bauteil und Verfahren zum Ermitteln einer Belastungshistorie eines Bauteils, DE102009056584, 01.12.2009
Reimche, W., Mroz, G., Bach, Fr.-W.
- Verfahren zum Erkennen von Rattern, Werkzeugmaschinen-Überwachungsvorrichtung und Werkzeugmaschine, DE102010019419, 04.05.2010
Denkena, B., Möhring, H.-C.; Litwinski, K., Hackelöer, F.
- Ablösbare Mikro- und Nanobauteile für platzsparenden Einsatz, DE102011004782, 25.02.2011
Gatzen, H.-H., Griesbach, T.
- Experimental and Numerical Investigation on Manufacturing Methods of PM Components with Integrated Information Storage, Journal of Advanced Manufacturing Systems, Vol. 10, No. 1, S. 11-20, 2011
Behrens, B.-A., Vahed, N., Gastan, E., Lange, F.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1142/s0219686711001928) - Struktureinrichtung mit einem Bauelement, Vorrichtung zur Applikation des Bauelements, Verfahren zur Herstellung der Struktureinrichtung und Verfahren zur Applikation des Bauelements, DE102011108981, 01.08.2011
Rissing, L., Griesbach, T.
- Adaptive process planning, Production Engineering, Vol. 6, Nr. 1, 2012
Denkena, B., Lorenzen, L.-E., Schmidt, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11740-011-0353-7) - Laser patterning of thin film sensors on 3-D surfaces, CIRP Annals, Vol. 61, Nr. 1, S. 215-218, 2012
Overmeyer, L., Düsing, J.F., Suttmann, S., Stute, U.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cirp.2012.03.087) - Magnetic Magnesium Alloys Based on MgZn and SmCo with Sensory Properties, Advanced Engineering Materials, Vol. 14, Nr. 1-2, S. 28-34, 2012
Klose, C., Mroz, G., Rodman, M., Kujat, B., Bormann, D., Reimche, W., Bach, Fr.-W.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/adem.201100197) - Planfräsverfahren und Planfräskopf sowie Bauteil und Fräsvorrichtung, DE 102012002140, 27.01.2012
Denkena, B., Gümmer, O., Köhler, J., Litwinski, K., Möhring, H-C., Mörke, T.
- Teachless Process Monitoring for Single Part Production, 1st Joint International Symposium on System-Integrated Intelligence 2012: New Challenges for Product and Production Engineering, 27.-29.06.2012, S. 117-119, 2012
Denkena, B., Köller, M., Bertram, O.
- A model-based approach for monitoring of shape deviations in peripheral milling, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 67, Nr. 9, S. 2537-2550, 2013
Denkena, B., Krüger, M.
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Lachmayer, R., Mozgova, I., Deiters, A., Sauthoff, B., Gottwald, P.
- Influence of Cobalt on the Properties of Load-Sensitive Magnesium Alloys, Sensors , Vol. 13, Nr. 1, S. 106-118, 2013
Klose, C., Demminger, C., Mroz, G., Reimche, W., Bach, Fr.-W., Maier, H. J., Kerber, K.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/s130100106) - Development and first applications of gentelligent components over their lifecycle, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, Vol. 7, Nr. 2, S. 139-150, 2014
Denkena, B., Mörke, T., Krüger, M., Schmidt, J., Boujnah, H., Meyer, J., Gottwald, P., Spitschan, B., Winkens, M.
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Hachicha, B., Overmeyer, L.
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Jogschies, L., Heitmann, J., Klaas D., Rissing, L.
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Düsing, J.F., Eichele, T., Koch, J., Overmeyer, L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.protcy.2014.09.063) - Simulation based Process Monitoring for Single Item Production without Machine External Sensors, Procedia Technology, Vol. 15, S. 341-348, 2014
Denkena, B., Fischer, R., Euhus, D., Neff, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.protcy.2014.09.088) - Design and investigation of meshed patch antennas for applications at 24 GHz, European Microwave Conference 2015, Paris, France, 2015
Dao, Q.H., Braun, R., Geck, B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/EuRAD.2015.7346341) - Determining a Suitable Maintenance Measure for Gentelligent Components Using Case-based Reasoning, International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and Mechatronics Engineering Vol. 9, Nr. 1, Riverside, CT, USA, S. 257-260, 2015
Winkens, M.; Nyhuis, P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.5281/zenodo.1337763) - Flexibles magnetisches Lese-/ Schreibsystem: Design eines Schreibkopfes, VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikrosystem- und Feinwerktechnik (Ed.), MikroSystemTechnik Kongress 2015, MEMS, Mikroelektronik, Systeme 26.-28.10.2015, Karlsruhe, VDE Verlag, Berlin, S. 684-688, 2015
Taptimthong, P., Rittinger, J., Wurz, M.C., Rissing, L.
- Formulation of Paradigm of Technical Inheritance, Proceedings of the 20th International Conference on Engineering Design (ICED15), Mailand, Italien, 27.- 30.07.2015, S. 271-278, 2015
Lachmayer, R., Mozgova, I., Gottwald, P.
- Recent developments of magnetoresistive sensors for industrial applications, Sensors, Vol. 15, Nr. 11, S. 28665-28689, 2015
Jogschies, L., Klaas, D., Kruppe, R., Rittinger, J., Taptimthong, P., Wienecke, A., Rissing, L., Wurz, M.C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/s151128665) - Use of Life Cycle Data for Condition-Oriented Maintenance, International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and Mechatronics Engineering, Vol. 9, Nr. 4, S. 1178-1181, 2015
Winkens, M.; Goerke; M.; Nyhuis, P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.5281/zenodo.1100382) - An optically transparent analog frontend for a solar powered 24 GHz RFID transponder, International Microwave Symposium (IMS 2016), San Francisco, California, USA, 2016
Dao, Q.H., Lüers, B., Ngo, T., Geck, B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/MWSYM.2016.7539991) - Closed-loop process control for laser patterning of thin film strain sensors, Procedia Technology, Vol. 26, S. 113-119, 2016
Düsing, J.F., Koch, J., Suttmann O., Overmeyer, L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.08.016) - Detection of tool deflection in milling by a sensory axis slide for machine tools, Mechatronics Vol. 34, S. 95-99, 2016
Denkena, B., Litwinski, K., Boujnah, H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2015.09.008) - Development of a humidity sensor element based on sputterdeposited thin ZnO-layers, Procedia Technology, Vol. 26, S. 27-34, 2016
Klaas, D., Rein, M., Wurz, M.C., Rissing, L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.08.005) - Enabling of component identification by high speed measuring of grinding wheel topography, Procedia Technology, Vol. 26, S. 252-258, 2016
Breidenstein, B., Denkena, B., Grove, T., Hockauf, R.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.08.034) - Flexible magnetic reading/writing system: heatassisted magnetic recording, Procedia Technology, Vol. 26, S. 72-78, 2016
Taptimthong, P., Düsing, J.F., Rissing, L., Wurz, M.C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.08.011) - Functionalization of UV-curing adhesives for surface-integrated micropolymer optical fibers, SPIE: Photonic West. Integrated Optics: Devices, Materials, and Technologies, San Francisco, California, USA, 3.-18.02.2016, Vol. 9750, Nr. 17, 2016
Hachicha, B., Overmeyer, L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1117/12.2212772) - New coating system for direct-deposition of sensors on components of arbitrary size, IEEE SENSORS 2016, 30.10.-2.11.2016, Orlando, Florida, USA, 2016
Klaas, D., Becker, J., Wurz, M.C., Schlosser J., Kunze, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ICSENS.2016.7808440) - Production Monitoring based on Sensing Clamping Elements, Procedia Technology, Vol. 26, 2016, S. 235-244, 2016
Denkena, B., Dahlmann, D., Kiesner, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.08.032) - Strain gauge based sensing hydraulic fixtures, Mechatronics, Vol. 34, S. 111- 118, 2016
Denkena, B., Kiesner, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2015.05.008) - Wellenleiteranordnung zur Übertragung elektromagnetischer Wellen mit einem Hohlleiter und einem im Hohlleiter angeordneten planaren Leiter, DE102006053389, 10.11.2006
Kaldjob, E. B., Gamal El Din, M.
- Assessment of mechanical loads based on surface integrity analysis of machined components, CIRP Annals, Vol. 66, Nr. 1, S. 85-89, 2017
Grove, T., Mörke, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.030) - Cyber-Physical and Gentelligent Systems in Manufacturing and Life Cycle, 1. Ausgabe, Elsevier Fachverlag, 2017
Denkena, B. Mörke T. (Hrsg.)
- Das gentelligente Werkstück, Handbuch Industrie 4.0 - Geschäftsmodelle, Prozesse, Technik, 1. Ausgabe, Hanser Verlag, S. 295-321, 2017
Denkena, B., Dittrich, M.-A., Uhlich, F., Maibaum, L., Mörke, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/9783446449893.012) - Technical inheritance: Information basis for the identification and development of product generations. DS 87-6 Proceedings of the 21st International Conference on Engineering Design (ICED 17), Vol 6: Design Information and Knowledge, S. 91-100, Vancouver, Canada, 21.-25.08.2017
Mozgova, I., Barton, S., Demminger, C., Miebach, T., Taptimthong, P., Lachmayer, R, Nyhuis, P., Reimche, W., Wurz, M.C.
- Tempering control of forging processes by integration of cavities, Cyber-Physical and Gentelligent Systems in Manufacturing and Life Cycle, 1. Ausgabe, Elsevier Fachverlag, S. 378-398, 2017
Behrens, B.-A., Bonhage, M., Malik, I. Y., Bonk, C.
- Tool deflection control by a sensory spindle slide for milling machine tools, 10th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering - CIRP ICME '16, Procedia CIRP, Vol. 62 S. 329-334, 2017
Denkena, B., Dahlmann, D., Boujnah, H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.06.059)
