Neuer Forschungsansatz

Neuer Forschungsansatz

Das Hochlohnland Bundesrepublik Deutschland und das Land Baden-Württemberg verdanken einen Großteil ihres Wohlstandes der Fähigkeit seiner mittelständisch geprägten Industrie, schnell und immer wieder innovative Produkte auf den Weltmarkt zu bringen. Dabei ist es entscheidend, permanent einen wissenschaftlichen und technologischen Vorsprung zu internationalen Wettbewerbern und potenziellen Nachahmern aufrecht zu erhalten.

Die in der Karlsruher Forschungsfabrik zu entwickelnde Methodik zielt geradezu direkt darauf ab, solche Vorsprünge bei neuen, herausfordernden Fertigungsverfahren systematisch zu erarbeiten und auszubauen. Ausgangspunkt ist die immer häufiger anzutreffende Beobachtung, dass Ingenieure und Fertigungsplaner neue Fertigungsprozesse nicht mehr wie bisher vollständig ausspezifizieren. Vielmehr muss es möglich sein, qualitativ hochwertige neue Produkte schon zu produzieren, wenn parallel dazu noch die Fertigungsprozesse entstehen. 'Unreife Prozesse' bezeichnen also Fertigungsprozesse, die noch nicht vollständig verstanden und beherrscht werden, weil sie entweder neu sind, neue Werkstoffe verarbeiten oder weil man nicht genau versteht, welche Prozessparameter eigentlich für die Produktqualität verantwortlich sind. In der Karlsruher Forschungsfabrik erforschen die Partner, an welchen Schrauben im Prozess man 'drehen' muss, damit die Qualität der Produkte gleichmäßig hoch ist und bleibt. Basierend auf Verfahren des maschinellen Lernens und der Mess- und Regelungstechnik sollen die Maschinen und Anlagen ihre Prozessparameter letztlich selbst einstellen, wenn die Qualität der Produkte sich schleichend verschlechtert, sich die Umgebungsbedingungen ändern (hohe Luftfeuchtigkeit, geringere Temperaturen, etc). Der Markt kann also schon sehr viel früher mit den neuen Produkten bedient werden, weil unreife Prozesse schneller industrialisiert werden können. Mit der erheblich kürzeren Time-to-Market können die Zielmärkte neuer Produkte schon bevor die Fertigungsprozesse bezüglich Herstellkosten optimiert sind, erobert werden.

Wie kann man nun aber den scheinbaren Widerspruch zwischen unreifen Prozessen und einer darauf fußenden Produktion auflösen und gleichzeitig den Prozess zur Reife führen? Die Antwort liegt zum einen in der generischen Grundidee, den unreifen Prozess zunächst massiv mit Sensorik, Messtechnik und Eingriffsmöglichkeiten zu instrumentieren. Die Auswertung der dabei gewonnenen Daten u.a. mit aktuellen Methoden des maschinellen Lernens und deren verständliche Visualisierung für den Experten ermöglichen es, den Prozess zu explorieren, ihn schneller zu verstehen und gezielt zu verbessern. Gleichzeitig schafft die anfängliche Überinstrumentierung die Voraussetzungen, den unreifen Teilprozessen regelungstechnisch in gewissen Grenzen ein gewünschtes Zielverhalten aufzwingen zu können, und sie so, wenn auch mit zunächst erhöhtem Aufwand, beherrschbar zu machen. Zum anderen liegt die Antwort in der disziplinübergreifenden Zusammenarbeit von zwei starken Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft in Karlsruhe und der produktionstechnischen Expertise des wbk am KIT. Die drei Partner vereinen die einschlägigen Kompetenzen in der Werkstoff-, Fertigungs- und Verfahrenstechnik sowie in der Automatisierungs-, Sensor- und in der Informationstechnik.

Aktuelle Arbeiten der Partner