Leichte SpracheForschungsverbund Intelligente Fertigungsprozesse & Closed-Loop-Produktion – FORinFPRO
Der Forschungsverbund zielt darauf ab, selbstadaptive Regelungssysteme für Maschinen, Anlagen und Prozessketten zu entwickeln und umzusetzen, welche aus vergangenen Prozessschritten lernen können, um sich an zukünftige Erfordernisse des Prozesses besser anpassen zu können. Hierdurch wird nicht nur eine höhere Bauteilqualität, sondern auch eine erhöhte Robustheit (z. B. bei recycelten Materialen) und Ressourceneffizienz erreicht. Dazu arbeiten Fachleute aus den Bereichen Prozesstechnik, Werkstoffwissenschaften, Künstliche Intelligenz und Regelungstechnik zusammen.
Wo fest programmierte Steuerungen ohne Anpassung an die Prozesse oft keine reproduzierbaren Ergebnisse im geforderten Rahmen liefern können, sollen robust und selbstadaptiv geregelte Prozesse entstehen, die eingangsseitige Materialschwankungen aktiv kompensieren, um ausgangsseitig konstante Qualität sicherzustellen. In Bezug auf das Thema Ressourceneffizienz sollen Konzepte erforscht werden, welche die Freiheitsgrade in der Prozessführung voll ausnutzen, um möglichst ressourcensparend und emissionsarm zu prozessieren.
Für die selbstadaptiven Regelungssysteme werden grundlegende Konzepte zur prozessspezifischen Sensorik- und Zustandsüberwachung sowie zur datenbasierten Modellierung, Regelung und Optimierung von Fertigungsprozessen erforscht. Um diese Konzepte selbstadaptiv bzw. lernend zu gestalten, sollen aktuelle Methoden der Künstlichen Intelligenz und der Regelungstechnik eingesetzt, angepasst und weiterentwickelt werden.
Die konkrete prozesstechnische Umsetzung erfolgt an den Prozessen der Vliesherstellung, der Vliesumformung, des Spritzgusses, eines Infusionsprozesses und eines hybriden Fügeprozesses mittels Ultraschallschweißen sowie deren Verkettung mit prozessübergreifender Regelung. Ausgangspunkt sind zunächst die beteiligten Einzelprozesse, die zu selbstadaptivem Verhalten befähigt werden, um diese im Weiteren mit generischen Schnittstellen auszustatten und darüber schließlich prozessübergreifend zu vernetzen.
Adaptive Online-Brennstoffcharakterisierung von heterogenen Brennstoffen für eine optimierte Feuerungsregelung – AdOnFuelControl
Die Verbrennung heterogener Festbrennstoffe wie Restabfall oder Biomasse stellt aufgrund der Heterogenität der Brennstoffe eine große Herausforderung dar. Die stark variierenden Brennstoffeigenschaften können zu erhöhten Emissionen bis hin zu Schäden an den Anlagen führen.
AI-basiertes SMART-Mikroskop für die Augenchirurgie
In den letzten 60 Jahren wurden optische Mikroskope für die Augenchirurgie sehr erfolgreich angewendet. Jetzt findet ein Paradigmenwechsel überall in der Mikroskopie statt und die Vielfalt an neuen Möglichkeiten durch digitale Visualisierungen, Echtzeit-Datenbearbeitung und künstliche Intelligenz (KI) steigt stark an. Zukünftig wird Augenchirurgen die bestmögliche Visualisierung bei einfachstem Workflow gewährt: Die angebotenen Modalitäten Video und intraoperative optische Kohärenztomographie werden intuitiv und im Idealfall unmerklich ineinander übergehen.
Für jede spezielle OP-Phase soll jeweils die ideale Visualisierungsart zur Verfügung gestellt werden, so dass die chirurgische Prozedur schnell und mit bestem Ergebnis abläuft. Sowohl eine OP-Phasen- und Werkzeugerkennung mit KI-gesteuertem Wechsel der Visualisierungsmodalitäten als auch eine optimierte Visualisierung inkl. KI-bestimmter Segmentierung sind Basiskomponenten dieser Arbeit. Sie bilden die Grundlage für ein weitgehend automatisiertes SMART-Mikroskop mit reduziertem Bedienaufwand für den Chirurgen.
Aufbau eines Multi-Emitter-Röntgen-Arrays auf Basis von Feld-Emissions-Kathoden zur Steigerung der Röntgen-Intensität – MERA-Lux
Im Vorhaben soll ein Demonstrator eines neuartigen miniaturisierten Multi-Emitter-Röntgenarrays für die schnelle Bildgebung in der Computertomographie (CT) realisiert werden. Kernbestandteil sind auf Si-Chips hergestellte hochintegrierte Zeilen bzw. Arrays von Feldemissionselektronenquellen.
Mit auf dem Chip integrierten Elektronenoptiken soll es möglich sein, Elektronenstrahlen voneinander unabhängig an unterschiedlichen, dicht benachbarten räumlichen Positionen auf das Transmissionsfenster der vakuumverkapselten Röntgenquelle zu fokussieren. Damit lässt sich eine individuelle räumliche und zeitliche Ansteuerung der Emitter realisieren, wodurch es möglich wird, unterschiedliche Abtastungsmuster in den Computertomographie-Scan zu integrieren. Als Resultat ergibt sich eine höhere räumliche sowie zeitliche Auflösung des CT-Scans.
In Zukunft sollen die derzeit verwendeten Röntgenröhren mit thermischer Elektronen-Emission durch Feld-Emissions-basierte Emitter ersetzt werden. Diese lassen sich schneller schalten, unterliegen keinem/weniger Verschleiß und lassen eine höhere Integrationsdichte zu, weshalb sie vor allem im Bereich der industriellen CT Vorteile bringen. Da die Technik auf Silizium-Halbleitern basiert, kann von einer Skalierung und somit günstigen Herstellungskosten ausgegangen werden, was die spätere wirtschaftliche Umsetzung unterstützt.
Auslegung und Lebensdauersteigerung der Kronenradverzahnung im Getriebeumfeld – KAuLiG
In einer Kronenradverzahnung kämmt ein evolventisches Stirnrad im 90°-Achswinkel mit einem Kronenrad. Im Gegensatz zu den etablierten Winkelgetrieben (Schnecken- und Kegelradverzahnung) existieren für die Kronenradverzahnung keine Methoden zur Auslegung und für den schnellen Tragfähigkeitsnachweis, welche in der industriellen Anwendung unverzichtbar sind. Zudem fehlt aktuell die detaillierte Kenntnis zum Einfluss des Getriebeumfeldes auf die Lebensdauer der Kronenradverzahnung. Aus dem elastischen Getriebeumfeld folgen Abweichungen im Zahnkontakt, die sich in der Regel negativ auf die Lebensdauer der Verzahnung auswirken. Im Vergleich zu etablierten Winkelgetrieben weist die Kronenradverzahnung insbesondere für KMU relevante Vorteile auf.
In diesem Projekt sollen Methoden zur Auslegung und Umfeldbetrachtung erarbeitet und experimentell abgesichert werden. Die detaillierte Umfeldbetrachtung und Auslegung einer Verzahnung birgt das Potenzial zur Lebensdauersteigerung und somit zur Maximierung der Nutzungsphase im Sinne der Kreislaufwirtschaft. Mit der gesteigerten Berechnungstiefe verringert sich die Anzahl notwendiger Iterationsschleifen in der Auslegung, wodurch Ressourcen für Versuchsträger und Prüfstandsuntersuchungen eingespart werden. Außerdem wird der Bauraum optimiert, was sich direkt positiv auf Kosten, Gewicht und Ressourceneinsatz auswirkt und somit einen angemessenen Materialeinsatz nach den „12 Principles of Green Engineering“ gewährleistet.
