Modellbasierte Prozessregelung

Die Einhaltung immer weiter zunehmender Anforderungen an die heute gefertigten Produkte stellt oftmals eine Herausforderung in der Herstellung von metallischen Bauteilen dar. Das häufigste Problem ist die reproduzierbare Fertigung von geometrischen Formen. Formabweichungen können dabei beispielsweise durch variierende Eigenschaften der Halbzeuge oder durch Verschleiß des Werkzeuges entstehen.

Üblicherweise werden die Prozessparameter auf Basis von Produktionsszenarien oder auf Basis von vergangenen Abweichungen von Soll- und Ist-Vergleichen manuell eingestellt. Die Wahl neuer Parameter hängt dann meist von der Erfahrung des Maschinenbedieners ab. Dies führt zu einem langwierigen und teuren Prozess, welcher in allen Phasen des Prozesslebenszyklus auftritt. Zudem führt der allgemeine Trend zur Miniaturisierung und zur Verringerung von Toleranzen bei gleichzeitig wachsender Materialfestigkeit zu einer weiteren Erhöhung der Prozessanforderungen. Um die Ausschussrate und die Rüstzeiten einer Produktion zu reduzieren, wurde ein modellbasierter Ansatz für eine sich selbst anpassende Steuerungsstrategie gewählt. Hierzu wird der Produktionsprozess, beispielsweise ein Biegeprozess, zunächst modelliert. In einem ersten Schritt wird der Biegeprozess durch Variierung der Prozessvariablen analysiert, die den Prozess am stärksten beeinflussen . Dies wird durch korrespondierende Simulationen realisiert. Anschließend wird die Korrelation zwischen den signifikanten Variablen und der geometrischen Abweichung bestimmt und verschiedene selbstoptimierende Steuerungs-strategien entwickelt und getestet. Um die Simulation zu validieren und die Qualität der selbstoptimierenden Steuerungsstrategie zu testen, wurde ein spezielles Werkzeug entwickelt. Dieses Werkzeug verfügt über eine zusätzliche Messvorrichtung und kann auf universellen Testmaschinen benutzt werden. Beim Test der selbstoptimierenden Steuerungsstrategien unter realen Produktionsbedingungen konnte der hier interessierende Prozessparameter, das Öffnungsmaß des Biegeprodukts,vollständig innerhalb der Toleranzen gehalten werden, sodass eine Ausschussrate von 0 % erreicht wurde [12].