Schwerpunktprogramm „Prozessübergreifende Modellierung in der Produktionstechnik“ (SPP 2476)
Deadline: 15. September 2024
Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung des Schwerpunktprogramms „Prozessübergreifende Modellierung in der Produktionstechnik“ (SPP 2476) beschlossen. Als Laufzeit sind sechs Jahre vorgesehen. Die DFG lädt hiermit ein zur Antragstellung für die erste dreijährige Förderperiode.
Die industrielle Fertigung von Komponenten erfolgt durch die Verkettung mehrerer aufeinander aufbauender Fertigungsprozesse. Aus der sequenziellen Kombination ergeben sich Wechselwirkungen zwischen den Fertigungsverfahren. Effekte aus vorgelagerten Stufen können sich durch die Prozesskette fortpflanzen und dabei verstärken, vermindern oder auslöschen. Beispielsweise beeinflussen die in ur- und umformenden Prozessstufen induzierten Eigenspannungen eine spanende Nachbearbeitung. Dies kann zu einem unerwünschten geometrischen Verzug an der Komponente führen. Zusätzlich sind reale Fertigungsprozessketten durch auftretende Abweichungen der Bauteileigenschaften innerhalb spezifischer Schwankungsbreiten charakterisiert. Im Rahmen erreichbarer Modellgenauigkeiten können die Prozessketten somit nicht als vollständig deterministisches System betrachtet werden. Stattdessen sollte eine Beschreibung die in der Realität vorhandenen Unsicherheiten mitberücksichtigen.
Zur isolierten Auslegung von Einzelprozessen stehen bereits in vielen Fällen Methoden zur virtuellen Prozessmodellierung zur Verfügung, die sich im Hinblick auf Komplexität, Umfang und Anwendbarkeit unterscheiden. Diese haben für eine Vielzahl an Fertigungsverfahren bereits einen hohen Reifegrad erreicht. Für die Auslegung innerhalb von Prozessketten existieren zudem Ansätze zur Verbindung mehrerer Einzelmodelle. Diese Verbindung erfolgt sequenziell, indem Ergebnisdaten aus einer vorherigen Stufe als Eingangsdaten in eine nachfolgende Stufe übertragen werden. Derzeit erfolgt somit keine Kopplung der Prozessparameter über die Prozessschritte hinweg. Eine Optimierung erfolgt daher lediglich in den individuellen Fertigungsschritten. Deshalb ist es durch dieses Vorgehen nicht möglich, eine gemeinsame, globale Optimierung hinsichtlich der im Lastenheft definierten Zielgrößen über die Prozesskette hinweg durchzuführen, sofern eine signifikante Abhängigkeit der Zielgröße von einem vorhergehenden Prozessschritt vorliegt.
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 einerseits für die Prozessketten der individuellen Teilprojekte und andererseits durch die Zusammenarbeit im Schwerpunktprogramm im Rahmen von Arbeitskreisen für verallgemeinerte Problemstellungen, indem Herangehensweisen und Methoden erarbeitet und abstrahiert werden.
Die bisher nur innerhalb von Fertigungsstufen genutzte inverse Analyse wird auf die Auslegung vollständiger Prozessketten übertragen. Es wird ein methodischer Ansatz eingeführt, um das aktuell ungenutzte Potenzial gegenüber einer rein sequenziellen 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 sowie der Ressourceneffizienz und der Emissionsvermeidung bei.
