Produktionssysteme
Die Gruppe Produktionssysteme forscht an vielfältigen Fragestellungen der Automatisierungstechnik im Rahmen verschiedenster Produktions- und Fertigungsverfahren. Die Produktionsanlage der Zukunft zeichnet sich durch einen hohen Grad an Reproduzierbarkeit, Flexibilität und Vernetzung aus. Das Ziel intelligenter Fertigungssysteme erfordert eine autarke Prozessführung und Überwachung. Vor dem Hintergrund steigender Stückzahlen, dem Wunsch nach kurzen Turnaround Zeiten sowie stetig sinkender Toleranzen ist hierbei eine Abkehr von der klassischen Betrachtung maschinenbezogener Größen nötig. Vielmehr ist die Nachführung oder Regelung übergeordneter Prozess- und Qualitätsgrößen von Interesse, welche neben einem reduzierten Einstellaufwand eine effiziente und performante Prozessführung über verschiedene Produktzyklen ermöglicht. In diesem Kontext werden in der Gruppe regelungstechnische Lösungen für Produktionssysteme aus unterschiedlichen Branchen erarbeitet und zusammen mit unseren interdisziplinären Projektpartnern an Anlagen im Fertigungsumfeld umgesetzt.
Ansprechpartner
Aufgrund der vielfältigen Anwendungsfelder ergeben sich verschiedene regelungstechnische Herausforderungen:
- Viele Prozesse sind komplex, nichtlinear oder zeitvariant und lassen sich nur multidisziplinär modellieren. Hierbei entstehende Modelle müssen reduziert oder durch ein vereinfachtes Ersatzmodell beschrieben werden, um für die Regelungsaufgabe explizit verwendet werden zu können.
- Sind Prozessschritte einer physikalischen Modellierung nicht zugänglich, so müssen datenbasierte Verfahren betrachtet werden.
- Relevante Prozessgrößen können häufig nicht direkt gemessen werden. Geeignete Sensoren sind zumeist teuer oder nicht verfügbar und müssen daher durch eine gezielte Verarbeitung der vorhandenen Daten ersetzt werden.
- Im Allgemeinen sind qualitätsbezogene Kennwerte innerhalb eines Prozesses nicht messbar, sondern können lediglich im Nachhinein bestimmt werden. Entscheidende Einflussfaktoren müssen daher zur Laufzeit identifiziert und modellbasiert abgebildet werden.
- Veränderliche Prozessbedingungen oder wechselnde Produktdesigns erfordern eine hohe Flexibilität der Automationslösung. Dies wirft zudem die Frage nach der Robustheit des verwendeten Regelalgorithmus auf.
- Um eine Schädigung der Anlage oder des Produkts zu vermeiden, müssen vorgegebene Grenzwerte, beispielsweise für Maschinen- und Prozessgrößen, sowie Nebenbedingungen, zum Beispiel der Energieverbrauch, eingehalten werden.
- Viele Produktionsprozesse sind zyklisch. Der Einfluss vorheriger Maschinen-Zyklen muss für die Regelung des aktuellen Prozesses berücksichtigt werden.
- Produktionssysteme unterscheiden sich in Abhängigkeit der Anwendung grundsätzlich in ihrer Dynamik und stellen hierdurch unterschiedliche Anforderungen an die Reaktionszeit sowie Echtzeitfähigkeit des Regelungskonzepts.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, forscht die Gruppe Produktionssysteme in Zusammenarbeit mit interdisziplinären Partnern aus Industrie und Forschung an regelungstechnischen Lösungen, welche den aktuellen Stand der Technik erweitern und die betrachteten Fertigungsverfahren in die digitale Fabrik der Zukunft überführen. Hierzu gehören unter anderen:
- Modellbasierte Optimierungsverfahren zur Prozessführung komplexer Systeme.
- Einsatz von modelbasierten prädiktiven Regelungen, iterativ lernenden Regelungen sowie robusten Regelungen in echtzeitkritischen Systemen.
- Adaptive Regelkonzepte zur Nachführung zyklischer Produktionsprozesse.
- Identifikationsmethoden für schwer abbildbare Teilsysteme mithilfe datengetriebener Verfahren
- zum Beispiel: Neuronale Netze, Support Vector Machines oder Gauß-Prozess-Regression
- Erstellung von reduzierten White-Box- und Grey-Box-Modellen.
- Entwicklung Virtueller Sensoren zur Schätzung nicht messbarer Größen.
- Erhöhung der Prozessstabilität zwecks einer verbesserten Reproduzierbarkeit.
- Rapid Control Prototyping und Übertragung der Regelungskonzepte auf Industriesteuerungen.
Aktuell werden Fragestellungen in folgenden Bereichen erforscht:
- Digitalisierung von Produktionssystemen
- Hochdynamische Prozessregelung in der Textiltechnik
- Datengestützte Optimierung beim Schruppfräsen
- Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse beim Kaltwalzen
- Phasenübergreifende Konzepte zur Qualitätsregelung beim Spritzgießen