3D Material Analytics – Smart systems for industrial material testing

Kurzbeschreibung:

Der Trail „3D Material Analytics“ demonstriert den Einsatz moderner Cloud- und Big-Data-Technologien im Bereich der Materialprüfung der industriellen Fertigung. Für eine effektive und performante Qualitätssicherung müssen hierbei große Mengen an Sensordaten während der laufenden Produktion erfasst, Produktqualitätseigenschaften in Echtzeit analysiert und die aufbereiteten Prüfergebnisse der Produktionsüberwachung und –steuerung zur Verfügung gestellt werden. Hierzu bedarf es IoT-Lösungen, welche das Zusammenspiel moderner Messtechnik auf roboterbasierten Industrieprüfanlagen mit hochverfügbaren (cloudbasierten) IT-Systemen beherrschen. Am Beispiel der prozessnahen Qualitätssicherung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) wird eine solche Lösung im Rahmen des Trails vorgestellt.

Koordinator:

Richard Kupke, SURAGUS GmbH

Zielgruppen:

    • Besondere Relevanz für Vertreter der folgenden Industrien: Leichtbau in Automobil, Luft- und Raumfahrt, Dünnschichten in Display, Touchscreen, Batterie-Elektroden
    • Primär adressierte Nutzergruppen: Produktionsplaner, Fabrikplaner, Entwicklungsleiter, Prozessingenieure, Qualitätsmanager, Automatisierungstechniker
    • Ebenfalls interessant für: IT-Verantwortliche mit Interesse an der Konzeption, Einrichtung und dem Betrieb von datenintensiven, hochverfügbaren Applikationen

Partner aus Forschung, Industrie:

Partner Kompetenz Ansprechpartner
SURAGUS GmbH Qualitätssicherungssysteme und Systeme für die Prozesskontrolle von Inline-Prozessen Richard Kupke
DevBoost GmbH Messdatenmanagement, Konzeption moderner Softwarearchitekturen, Auf- und Ausbau von Cloud-Infrastrukturen, Systemintegration, Softwareentwicklung im industriellen Umfeld Dr. Tobias Nestler
HIGHTEX Verstärkungsstrukturen GmbH Maßgeschneiderte, bzw. beanspruchungsgerechte Verstärkungsstrukturen für sehr leichte und hochsteife und -feste Faserverbundbauteile Dr. Dirk Feltin
Institut für keramische Technologien und Systeme, Institutsteil Materialdiagnostik FhG-IKTS-MD Messtechnik auf dem Gebiet der Werkstoffcharakterisierung und Fehlerprüfung Prof. Dr. Henning Heuer
Technische Universität Dresden, Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik TUD-ITM Simulationsgestützte Entwicklung von polymeren, mineralischen und metallischen faserbasierten High-Tech-Werkstoffen und Verarbeitungsprozessen Dr. Thomas Gereke
Technische Universität Dresden, Institut für Software- und Multimediatechnik, Lehrstuhl für Softwaretechnologie Cyber-Physical Systems, Robotersteuerung, Datenmodellierung, Moderne Softwarearchitekturen, Cloud-Computing Prof. Dr. Uwe Aßmann

Hinweis: Einzelne Ergebnisse des Trails „3D Material Analytics“ stammen aus dem mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderten SAB-Verbundprojekt „3D-FAST“.

Wertversprechen des Trails:

Interessenten des Trails erwartet eine Einführung in innovative, wirbelstrombasierte Messverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von schlecht leitfähigen Materialien. Besonders für Carbonfaser-Werkstoffe, Dünnschichten (Graphene, TCO, CNT) und leitfähige Randschichten verspricht die damit mögliche Prüfung im frühen Stadium der Wertschöpfungskette eine Verbesserung der Qualitätssicherungsprozesse sowie eine Senkung der Produktionskosten.
Produktions- und Fabrikplaner als auch Prozessingenieure und QM-Manager, die mit den oben genannten Materialen arbeiten, haben die Möglichkeit mit Fachexperten des Messverfahrens in den Dialog zu treten.
Mittels moderner IoT-Lösungen werden bisher manuelle Prozesse transparenter, Gut/Schlecht-Entscheidungen automatisierbar, Daten zur Prozesskontrolle und -steuerung schneller verfügbar und über verschiedene Werke vergleichbar. Sicherheitsrelevante Prüfergebnisse sowie weiterführende Daten können (auf lokalen Servern in der Fabrik als auch zentral in geschützten Rechenzentren) archiviert und bspw. für aufkommende Reklamationsfragen performant und immanent verfügbar gehalten werden.
Der Trail verdeutlicht mittels eines Demonstrators konkrete Anwendungsfälle in der Großserien-Prüfung von sicherheitsrelevantem Material der Automobil- und Luftfahrtindustrie für CFK-Karossieren. Dies ist im besonderen Maße für Vertreter der Zuliefererindustrie interessant, welche einwandfreie Materialien garantieren und die Daten zur Absicherung von Regressforderungen der OEMs benötigen.
Anhand der Demonstratoren wird verdeutlicht, welches Potential in der Aggregation und Echtzeitauswertung der anfallenden Messdaten für den laufenden Produktionsbetrieb entsteht. Hierbei können Anwendungsfälle der Besucher sowie die Realisierbarkeit individueller Softwareapplikationen diskutiert werden. IT-Verantwortliche erhalten einen Einblick in die verwendeten Technologien zur Verarbeitung von Massendaten und können mit Softwareexperten die Integration solcher Lösungen in Ihre bestehenden IT-Infrastrukturen erörtern.

Charakter:

Teaser Trail, dessen Dauer und Format individuell mit den interessierten Besuchern abgestimmt wird. Beispielsweise können Vorträge und/oder Demonstrationen des Trails im Rahmen bestehender Veranstaltungsformate oder lokaler Fachgruppentreffen durchgeführt werden, aber auch individuelle Besichtigungen der Messtechnik vor Ort am Fraunhofer IKTS sind möglich.

Demonstratoren:

Am Beispiel der prozessnahen Qualitätssicherung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) wird das Zusammenspiel einer auf aktuellen Cloud-Technologien basierenden Softwareplattform mit modernen, flexiblen Prüfsystemen für komplex geformte 3D-Strukturen aus dem Automobil- und Luftfahrtbereich demonstriert. Dies können bspw. CFK-Fensterrahmen des A350 oder auch großflächige, endlose Carbonrollen sein, die später im leichten Rumpf des Flugzeugs verwendet werden.
Hierbei werden die inneren Strukturen der Bauteile durch eine robotergeführte Wirbelstromsensorik (Bild 1) gescannt und die erzeugten Rohdaten an die Softwareplattform übermittelt. Die sehr großen Messdaten werden verteilt sowie redundant gespeichert und archiviert. Aus diesen Rohdaten können mittels vorkonfigurierter Algorithmen (auf Basis von Rezepten) automatisiert auf (volumetrische als auch oberflächliche) Qualitätseigenschaften des Bauteils und Materials analysiert werden (siehe Bild 2).

Bild 1: Der Wirbelstromsensor (grün) wird mit dem Roboter taktil über das Prüfobjekt geführt. Die dabei akquirierten Messdaten enthalten Raumkoordinaten, auf deren Grundlage der Lagenaufbau und die Struktureigenschaften der Kohlefaserformung bildlich dargestellt werden.
Bild 2: Automatisierte Analyse der Produktionsdaten der Innenlage einer mehrlagigen Carbonfaser-Rolle mittels Messrezepten

Die Analyseergebnisse werden in aufbereiteter Form in der Softwareplattform gespeichert und können nun vielfältig weiterverwendet werden. So kann beispielsweise der Werker am Prüfstand ein erstes Feedback zum Prüfergebnis bekommen (siehe Bild 3) oder die Produktionslinie gesteuert bzw. optimiert werden.

Bild 3: Live Monitor für den Werker in der Halle

Auch können die Daten in zentrale Produktion-, Monitoring – und Analysesysteme überführt oder mittels webbasierter Dashboards (siehe Bild 4) visualisiert werden. Mittels Trenderkennung können somit beispielsweise schleichende Fehler ermittelt und direktes Prozessfeedback über Firmenstandorte hinweg erzeugt werden. Historische Daten können bei Bedarf mittels neukonfigurierter Mustererkennung wiederholt ausgewertet werden.

Bild 4: Dashboard für Monitoring und Trendanalyse

Möglichkeiten für Projekte:

    • Proof-of-Concept Entwicklung sowie die Einrichtung von Pilotanlagen
    • Individuelle Kundenprojekte
    • Forschungsprojekte (SAB, BMBF, ZIM, BMWI, H2020)
    • Konzeption und Entwicklung individueller Softwaresysteme in der industriellen Fertigung

Sie haben Interesse an diesem Trail? Dann kontaktieren Sie uns!
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