Universität Stuttgart

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Start date: 2000End date: 2019Institute: search.filters.UBSInstitut.Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und FertigungseinrichtungenInstitute: search.filters.UBSInstitut.Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA)Subject: search.filters.subject.650

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    Neuro-Fuzzy-Modellierung zur umfassenden Prozessüberwachung am Beispiel des Ultraschallschweißens von Kunststoffteilen
    (2012) Neher, Joachim; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)
    In Deutschland rechnet sich eine Fertigung oft nur noch für komplexe Produkte. Die benötigten Fertigungsprozesse sind zunehmend automatisiert und verkettet. In gleichem Maße steigt der Bedarf an Systemen zur Prozessüberwachung. Diese Arbeit befasst sich mit dem Aufbau eines Prozessüberwachungssystems auf der Basis von erfassten Sensordaten aus dem Fertigungsprozess. Einerseits ermöglicht das System eine Qualitätsprognose. Andererseits können geänderte oder unbekannte Zustände, die ihre Ursache in Veränderungen im überwachten Prozess oder in Prozessen der vorausgehenden Prozesskette haben können, erkannt werden. Kernelement dabei ist die Prozessmodellierung auf Basis von 'general regression neuro-fuzzy networks' (GRNFN), welche klassische Neuronale Netze mit Elementen von Fuzzy-Systemen verbinden. Die Eigenschaften der Modellstruktur werden detailiert untersucht. Anschließend werden die GRNFN-Modelle um einige neue Fähigkeiten erweitert. So ist es möglich, neben dem sonst auf Versuchsdaten basierenden Trainingsprozess auch vorhandenes Expertenwissen in Form von Fuzzy-Regeln direkt zu integrieren. Des Weiteren werden Indikatoren zum Erkennen unbekannter Zustände erarbeitet. Durch systematische Versuchsreihen sowie die Analyse von Signalvarianzen können Kenngrößen abgeleitet werden, welche in Form der sogenannten Zustandsvektoren einen Fingerabdruck für jeden Fertigungszyklus bilden. Zudem werden verschiedene Methoden beschrieben, die der Optimierung der erzielbaren Modellgüte dienen. Am Beispiel des Ultraschallschweißens wird das entwickelte System zur Prozessüberwachung sowohl an einem speziell entwickelten Probekörper als auch an Praxisbauteilen verifiziert und die Leistungsfähigkeit nachgewiesen. Neben der Prognose der Schweißnahtqualität können auch Änderungen des Werkstoffs, Variationen des vorgelagerten Spritzgießprozesses sowie Veränderungen des Feuchtegehalts, die auf eine veränderte Lagerung zurückzuführen sind, sicher erkannt werden.
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    Modelle zur aufgabengeführten Produktionsausführung in der wandlungsfähigen Produktion
    (2013) Hoffmeister, Michael; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)
    Der Produktionssektor in der Europäischen Gemeinschaft steht vor der Aufgabe, immer mehr kundenindividuelle Produkte steigender Komplexität bei gleich bleibenden Beschäftigungszahlen zu produzieren. Wandlungsfähige Produktionssysteme sollen preisgünstige Produkte hoher Qualität herstellen, sich aber auch schnell auf veränderte Gegebenheiten hinsichtlich Produktvarianten, Materialien und Fertigungsprozesse einstellen. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, diese Veränderungsprozesse und damit die Zeit bis Markteintritt für neue Produktvarianten zu beschleunigen. Dazu wird die Veränderung als Fertigungsaufgabe begriffen, welche gegen das ganze Fertigungssystem gestellt wird und möglichst automatisiert abzuarbeiten ist. Zur Erfüllung dieser Anforderungen wurde ein dezentraler Lösungsansatz gewählt, welcher sowohl notwendige Simulations- und Bewertungsinstrumente als auch die Parametrierung der Prozesse (Ableitung der Kontrollrezepte) auf die einzelnen Fertigungsanlagen verteilt. Produktionsplanung, -ausführung und die Einbindung der Anlagen werden mittels einem durchgängigen Daten- und Qualitätsmanagement verbunden. Ein Synchronisationsverfahren sichert die Aufrüstung des Fertigungssystems auf Basis universeller, modularer und kompatibler Anlagenteile. Die erarbeiteten Konzepte werden durch drei Fallbeispiele aus Automobilbau, Luftfahrzeugbau und Elektroindustrie validiert. Eine beschleunigte Planung und Simulation neuer Produktvarianten, eine überlappende Produktion dieser Varianten und Operationen- und Routing-Flexibilität wird nachgewiesen. Die Rekonfigurierbarkeit der Gesamtsysteme und eine umfassende Qualitätserfassung werden demonstriert.
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    Verfahren zum semantisch unterstützten Anlagenanlauf von Montagesystemen
    (2012) Konrad, Konstantin; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)
    Das entwickelte Verfahren enthält ein mit semantischen Technologien abgebildetes Modell der Montagedomäne (Anlage, Prozess, Produkt). Dabei werden die strukturellen Informationen modelliert, und zusätzlich heterogene Konfigurations- und Messdaten 'online' erfasst und gespeichert. Als weiteres Teilmodell werden Erfahrungen verantwortlicher Mitarbeiter maschinenlesbar abgelegt. Diese Modellteile können integriert angefragt werden und stellen somit für den Anlagenanlauf hilfreiche Datensätze problemspezifisch zur Verfügung. Das dazugehörige Verfahren bietet eine schrittweise Handlungsanleitung zur Spezifikation, Erzeugung, Integration und nachhaltigen Nutzung eines solchen Systems.
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    Semantische Wiki-Systeme in der wandlungsfähigen Produktion
    (2014) Zapp, Matthias; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)
    Europäische Produktionsunternehmen nehmen weltweit eine führende Rolle bei der Herstellung von qualitativ hochwertigen und an Kundenanforderungen angepassten Gütern ein. Zur Erhaltung und zum Ausbau ihrer Wettbewerbsfähigkeit müssen diese Unternehmen die Attraktivität ihres Angebots und ihre Reaktionsfähigkeit auf die sich immer schneller ändernden Anforderungen und Markbedingungen kontinuierlich verbessern. Hierzu müssen die eingesetzten Produktionssysteme, als soziotechnische Gesamtsysteme, über Wandlungsfähigkeit verfügen. Dies verlangt, zum einen, nach flexiblen und rekonfigurierbaren Maschinen in der Produktion und, zum anderen, nach leistungsfähigen und flexibel einsetzbaren Mitarbeitern. Diese benötigen für die Lösung von immer komplexeren und schneller wechselnden Aufgabenstellungen ein gestiegenes Maß an Daten, Informationen und Wissen, welches in unterschiedlichen Kontexten anwendbar ist. Als Folge steigt die Bedeutung von Methoden und Werkzeugen zur Verbesserungdes Wissensmanagements in produzierenden Unternehmen. Am Markt existiert bereits eine Vielzahl von IT-Werkzeugen zum Wissensmanagement, die jedoch in der Produktion und insbesondere in KMU auf Grund ihrer fehlenden Flexibilität und Anpassbarkeit sowie wegen ihres hohen Ressourcenbedarfs nicht verbreitet sind. Für die Verbesserung des Wissensmanagements der Mitarbeiter in der Produktion sind Systeme zu entwickeln, welche die spezifischen Anforderungen in wandlungsfähigen Produktionssystemen und in KMU erfüllen. Das in dieser Arbeit vorgestellte Lösungskonzept stellt einen Bauplan und einen Leitfaden für die Entwicklung organisationsspezifischer semantischer Wissensmanagementsysteme in wandlungsfähigen Produktionssystemen bei KMU dar. Die Systemarchitektur beschreibt die Systemkomponenten des Wissensmanagementsystems und ordnet diese anhand von drei funktionalen Ebenen an. In der Präsentations- und Anwendungsebene wird ein Semantisches Wiki-System eingesetzt. Dieses ermöglicht denMitarbeitern die flexible Erfassung, die semantische Verknüpfung und die Anfrage von heterogenen Informationsobjekten. Für die Unterstützung komplexerer Arbeitsabläufe können zudem Anwendungsmodule als Web-Anwendungen entwickelt und in das Wiki-System integriert werden. Die mit der Präsentations- und Anwendungsebene verbundene Integrations- und Auswertungsebene umfasst eine semantische Middleware, welche alle im System vorhandenen Informations- und Datenobjekte verknüpft und auswertet. Das System verwendet hierfür ein Wissensmodell. Dieses wird als Ontologie implementiert und umfasst die Metadaten der Systemdomäne, deren semantische Verknüpfungen sowie formalisiertes maschinenverständliches Expertenwissen in Form von Regeln. Die Extraktions- und Aggregationsebene als dritte Systemebene besteht aus verteilten semantischen Datenadaptern zur Übertragung und zur semantischen Annotation von Datenobjekten wie Rezepten und Reports aus den Informationssystemen in der Produktion. Das indieser Arbeit entwickelte Lösungskonzept wurde anhand von zwei praktischen Fallbeispielen erprobt. Zusätzlich wurde das Lösungskonzept anhand von Anforderungen bewertet, die in Wissenschaft und Praxis diskutiert werden. Als Ergebnis ist festzuhalten, dass die in dieser Arbeit entwickelte Systemarchitektur die Anforderungen in wandlungsfähigen Produktionssystemen bei KMU erfüllt. Insbesondere ist das System flexibel, durch Mitarbeiter in der Produktion anpassbar und hiermit für den Einsatz in turbulentem Umfeld geeignet. Für die Erfassung großer und komplexer Datenmengen aus der Produktions-IT ist das System jedoch in seiner hier vorgestellten Form nicht ausgelegt. Das komplementäre Vorgehensmodell benennt die notwendigen Aktivitäten für die Anwendung des Systemkonzeptes in produzierenden KMU. Hierbei stehen die Anpassung des erweiterbaren Wissensmodells und die Anwendung des semantischen Schnittstellenmoduls im Fokus. Die im Vorgehensmodell referenzierten Methoden und Werkzeugesind für die Anwendung in KMU besonders geeignet und ermöglichen die Entwicklung und Nutzung des Systems mit geringem Ressourcenaufwand.