Implementation of automated, interconnective Finite Element Analyses for the development of Cyber Physical Production Systems

In den vergangenen Jahren hat die Industrie 4.0 ¿ mit dem Ziel Produktionsprozesse mit modernster Kommunikations- und Informationstechnologie zu verbinden - zu signifikanten Veränderungen im industriellen Bereich geführt. Durch das Auftreten von neuen Problemstellungen, müssen sich Firmen an die künftigen Anforderungen anpassen und Kerntechnologien der Industrie 4.0, wie beispielsweise Simulationen und innovative Modellierungsansätze, implementieren. Simulation und Modellierung steht hierbei für die Anwendung von Modellen, welche Produkte, Systeme oder Prozesse repräsentieren, um Vorhersagen über das Modellverhalten zu treffen und zusätzlich das Wissen über das Modell zu erweitern. In der Metallumformung zeigen Simulationen ein großes Potential im Design und der Optimierung von Umformprozessen. Durch den gezielten Einsatz können kostenintensive und zeitaufwändige Experimente reduziert werden. Außerdem kann der Prozess der Entscheidungsfindung unterstützt sowie die Effizienz der Umformprozesse gesteigert werden. Im Zuge der Arbeit wurden Simulationsmodelle erstellt, um den gesamten Prozessablauf eines Stauchversuches, beginnend beim Vorwärmen der Zylinderprobe im Ofen, über den Transport bis hin zum Stauchen mit der hydraulischen Presse, nachzubilden. Anschließend wurde mittels Python eine automatisierte Simulationsabfolge realisiert, welche es ermöglicht, Simulationen mit variablen Eingabeparametern, zu erstellen, auszuführen und auszuwerten. Für die Kalibrierung und Validierung wurden Stauchversuche von Zylinderproben aus der Aluminiumlegierung EN AW-6082 durchgeführt. Die Experimente unterschieden sich dabei in den Prozesseinstellungen hinsichtlich Temperatur, Transferzeit, Probengeometrie und Stauchhöhe. Der industrielle Ofen und die hydraulische Presse am Lehrstuhl für Umformtechnik stellen zwei Cyber Physical Production Sytems (CPPSs) dar, welche die Sensordaten der durchgeführten Versuche zur Verfügung stellen. Zudem wird ein Konzept vorgestellt, um die von den CPPSs gelieferten Sensordaten zu visualisieren und weiteres automatisch zu verarbeiten, um Experiment und Simulation direkt miteinander zu vergleichen.