Modellierung, Simulation und Digitalisierung

Die Schweißstruktursimulation wird am Fachgebiet Fertigungstechnik als prozessbegleitendes Werkzeug zur Klärung schweißtechnischer Fragestellungen wie beispielsweise Gefügeumwandlungen, Eigenspannungen oder Bauteilverzug genutzt. Dabei basiert die Schweißsimulation auf der numerischen Lösung eines Modells und wird durch den Abgleich mit der experimentellen Versuchsdurchführung validiert. Die Gegenüberstellung unterschiedlicher Verfahrensvariationen, Werkstoffe oder Einspannzustände ermöglicht eine optimierte Vorgehensweise für die gewählte Schweißaufgabe. Die Schweißstruktursimulation findet neben der additiven Fertigung ebenso Anwendung im Verbindungs- und Auftragschweißen.

Die SPH-Methode ist ein moderner Ansatz der Simulation von Flüssigkeits- oder Gasströmungen und ermöglicht auch die Ermittlung von Festkörperverformungen, die beispielsweise beim Rührreibschweißen auftreten. Die Arbeiten des Fachgebietes Fertigungstechnik setzen sich dabei mit der Modellierung des Werkzeuges und der Werkstoffe auseinander, um Aussagen zur Vermischung von Werkstoffen durch das Werkzeug oder zum Verschleiß des Werkzeuges zu erhalten.

Ein Bereich der Strukturoptimierung stellt die Topologieoptimierung dar. Mit numerischen Berechnungsverfahren werden Designvorschläge für Beanspruchungen generiert und hinsichtlich der Auslastung bewertet. Damit können materialreduzierte und lastgerechte Strukturen ermittelt werden. Für die Umsetzung durch das additive Fertigungsverfahren WAAM sind verfahrenspezifische Randbedingungen bei der Durchführung der Topologieoptimierung zu berücksichtigen.

Bei jedem Fertigungsprozess treten Verzüge auf, die den Einsatz der Verbindung und Struktur stark beeinflussen können. Eine zerstörungsfreie Erfassung und schnelle Bewertung des Verzuges ermöglichen eine Beschreibung der Abweichungen von Soll und durch weiterführende Analysen lassen sich Anpassung der Prozessparameter ableiten.

Die künstliche Intelligenz setzt sich in vielen Lebensbereichen durch. Durch die Vielzahl der Sensoren bzw. der Daten, die im Fertigungsprozess integriert bzw. aufgenommen werden können, ist eine ideale Basis vorhanden, künstliche Intelligenz in der Fertigungstechnik einzusetzen. So lassen sich Prozessveränderungen auf Grundlage der Daten sehr schnelle feststellen und notwendigen Maßnahme ableiten. Dazu sind neben umfangreichen Daten auch geeignete Modelle auszuwählen und zu trainieren.

Die horizontale Kooperation in einem Peer-to-Peer Wertschöpfungsnetzwerk ist eine Methode, punktuell und bedarfsgerecht zusätzliche Kapazitäten zu beschaffen und den Wertschöpfungsablauf zu optimieren. Durch eine direkte Vernetzung der Planungssysteme der Unternehmen können die erforderlichen Ressourcen nahezu in Echtzeit in Anspruch genommen und bei der Planung berücksichtigt werden. Das Fachgebiet Fertigungstechnik erforscht u.a. die daraus resultierenden Effekte, welche z. B. die Preisgestaltung beeinflussen.

Eine vertikale Kooperation zwischen den einzelnen Teilnehmern einer Supply Chain ist Voraussetzung für die kurzen Lieferzeiten. Eine direkte Vernetzung aller relevanten Systeme innerhalb und außerhalb des Unternehmen stellt die Grundlage kooperative Entwicklung und Herstellung von Produkten. Die Forschungsschwerpunkte am Fachgebiet liegen in der Weiterentwicklung der Typenvertretermethode, Entwicklung von technologischen Konnektoren sowie in der Berechnung von verursachten Kosten.

Ein Digitaler Schatten beschreibt die Situation im Unternehmen hinreichend genau und speist sich dabei aus unterschiedlichen Informationsquellen. Eine Simulation auf der Basis des digitalen Schattens ermöglicht die Berechnung und Auswertung von Szenarien, welche auf den realen Zustandsdaten des Unternehmens basieren und die Auswahl eines optimalen Planungsszenarios ermöglichen. Die Forschung beschäftigt sich mit der Entwicklung von zusätzlichen Services für die Produktionslogistik und Personalentwicklung, welche z. B. durch zusätzliche Informationseingaben in den Digitalen Schattens möglich werden.

Die Zusammenarbeit von Menschen und Assistenzsystemen auf dem Shop Flor gewinnt bei den produzierenden Unternehmen immer mehr an Bedeutung. Assistenzsysteme vereinfachen die Arbeitsabläufe, vermeiden unbeabsichtigte Fehler und erfordern jedoch zu selben Zeit zusätzliche Kompetenzen bei den ausführenden Mitarbeitern. Das Fachgebiet widmet sich in seiner Arbeit der Entwicklung von Lernkonzepten und Schulungsobjekten zur Aneignung von Kompetenzen, welche bei der Interaktion mit Assistenzsystemen erforderlich sind. Auf diese Weise erhalten Unternehmen bei Gestaltung der Personalentwicklungsmaßnahmen unterstützt.