Methodik zur Entwicklung eines Bedienerassistenzsystems für das Presswerk

Die geplante digitale Vernetzung von intelligenten Systemen, Produkten und Anwendern in der Produktion gemäß der eigens ausgerufenen vierten industriellen Revolution zur Sicherstellung der Wettbewerbsfähigkeit von Hochlohnländern als Industriestandort stellt umformtechnische Fertigungsprozesse vor große Herausforderungen. Vor dem Hintergrund der steigenden Bauteilkomplexität bei gleichzeitig abnehmenden Blechstärken und dem daraus resultierenden Produktionsbetrieb nahe der Grenzen der Herstellbarkeit werden Messsysteme zur Erfassung des Prozesszustandes in der Serienproduktion zunehmend wichtiger, um eine gleichbleibende Teilequalität zu gewährleisten. Bislang verfolgt die Implementierung von Inline-Messsystemen weitestgehend den Einsatz von Steuerungs- und Regelungssystemen. Die Anwendung alternativer Konzepte wie entscheidungsunterstützende Bedienerassistenzsysteme, die eine Prozessüberwachung durch den Maschinenbediener berücksichtigen, wird bislang weitgehend vernachlässigt. Zudem erfolgt sowohl die Auswahl von Fertigungsprozessen als auch von Messsystemen und Sensoren oft unsystematisch, sodass die Gefahr groß ist, dass mangels zweckmäßiger Sensorik oder Eignung des Fertigungsprozesses keine signifikanten Produktivitätsvorteile realisiert werden. Der in dieser Arbeit vorgeschlagene Ansatz zur Entwicklung eines Bedienerassistenzsystems für das Presswerk dient daher als Leitfaden, um einerseits zweckmäßige Tiefziehprozesse zu identifizieren und andererseits den Anforderungen an einen robusteren Prozess gerecht zu werden. Hierfür wird zunächst im Rahmen numerischer und experimenteller Untersuchungen eine gründliche Prozessanalyse vorgestellt und anhand des Karosserieziehprozesses einer Reserveradmulde aus der Serienproduktion exemplifiziert. Die Prozessanalyse ermöglicht eine kosteneffiziente Identifizierung geeigneter und zwingend erforderlicher Sensortechnologien, um eine erfolgreiche Implementierung sicherzustellen. Prozesse, die ein Bedienerassistenzsystem nicht rechtfertigen, können frühzeitig erkannt und unnötige Kosten vermieden werden. Da der in dieser Arbeit untersuchte Prozess den Einsatz eines Assistenzsystems rechtfertigt, erfolgt die Implementierung eines werkzeugintegrierten Messsystems auf Basis von Messungen des Blechkanteneinzugs und von Werkzeugtemperaturen durch Lasertriangulationssensoren und Pyrometer. Inline-Messungen während der Serienproduktion bestätigen den zuvor auf Basis einer Sensitivitätsanalyse prognostizierten starken Einfluss der Reibung und schaffen die Grundlage zum Aufbau einer Prozessüberwachung. Anhand experimenteller Untersuchungen wird die Steuerbarkeit des Prozesses durch neugestaltete, aktive Blechhalterdistanzen nachgewiesen. Diese Untersuchungen zur lokalen Materialflusssteuerung bilden die Datengrundlage zur Modellierung der Entscheidungsunterstützung. In der Erprobung unter Produktionsbedingungen zeigt sich, dass ein Bedienerassistenzsystem bestehend aus einer Prozessüberwachung und einer Entscheidungsunterstützung unter Verwendung eines 1-Nächste-Nachbarn-Klassifikators eine vielversprechende Strategie ist, um den Prozess signifikant zu stabilisieren und zu verbessern. Verbesserungspotenzial der Handlungsempfehlung lässt sich durch kontinuierliche Erweiterung der Datengrundlage des Modells zur Entscheidungsunterstützung erschließen