Projektbeschreibung

Die industrielle Fertigung von Komponenten erfolgt durch sequenzielle Verbindung von Fertigungsprozessen, um Produkte mit definiertem Eigenschaftsprofil zu erzeugen. Es bestehen die Herausforderungen, die Fertigungsprozess zu optimieren, prozessimmanenten Unsicherheiten zu begegnen und eine globale Optimierung über die Prozesskette hinweg vorzunehmen. Die mehrkriterielle Optimierung ist anspruchsvoll, da einander widersprechende Zielgrößen bzgl. Verarbeitungs- und Funktionseigenschaften bestehen. 

Mittels eines experimentellen Vorgehens und datenbasierter Modellbildung soll die Prozesskettenoptimierung in ProModFun vorgenommen werden. Zunächst erfolgt der Aufbau der Prozesskette aus (1) Thermischem Beschichten, (2) Drehen und (3) Diamantglätten zur Herstellung einer Funktionsoberfläche mit oberflächennaher, gradierter Härtesteigerung. Das innovative Eigenschaftsprofil soll am Beispiel der Komponente „Führungsrolle“ ausgeführt werden. Durch thermisches Beschichten (primäre Formgebung) werden auf rotationssymmetrischen Komponenten Oberflächen aus Manganhartstahl aufgebracht und durch Drehen und Diamantglätten hinsichtlich Kern- und Randeigenschaften angepasst. Die zu optimierenden Zielgrößen der Prozesskette sollen wie folgt beeinflusst werden: (1) Oberflächenhärte maximieren, (2) Oberflächenrauheit minimieren, (3) Oxidgehalt des Schichtsystems maximieren und (4) die Energieeffizienz der Oberflächenerzeugung maximieren.

Sensorik wird in die Fertigungsprozesse integriert und die Messdaten zur Modellbildung genutzt. Als Verfahrensansätze dienen die statistische Modellierung und die mehrdimensionale, musterbasierte Beschreibung mittels grey-box KI-Algorithmen (Fuzzy Pattern Classification). Sie ermöglichen die Quantifizierung verschiedener Unsicherheitsarten und die vorwärts gerichtete Kopplung der Prozesskette. Danach erfolgt die Erarbeitung eines Vorgehens zur inversen mehrkriteriellen Optimierung über die gesamte Prozesskette zum Zwecke der globalen Optimierung.

Prozesskette