SFB/TR C05 - Modellgestützte Methode zur Bewertung der Lösungsverfahren in Planung und Realisierung insbesondere unter thermo-energetischen, qualitativen und wirtschaftlichen Aspekten

Die im SFB/TR 96 entwickelten Verfahren zur Korrektur bzw. Kompensation thermisch bedingter Bearbeitungsfehler (kurz: Lösungsverfahren, abgekürzt: LV) führen zu verschiedenen Lösungen, die sich hinsichtlich Aufwand für ihre Erstellung und Anwendung sowie auf erreichbare Genauigkeit und Mengenleistung unterscheiden. TP C05 hat das Ziel, die LV hinsichtlich deren Entwicklung, Realisierung und Betrieb unter thermo-energetischen, qualitativen und wirtschaftlichen Aspekten anwendungsfallbezogen zu bewerten. Das führt übergeordnet zu den Forschungsfragen:

Wie kann die Vergleichbarkeit der unterschiedlichen LV hergestellt werden?
Welche Bewertungskriterien sind geeignet und wie können zugehörige Werte ermittelt werden?
Wie kann der Bezug zwischen Eigenschaften eines LV zu den Anforderungen typischer Anwendungsfälle hergestellt werden, um die Eignung der LV zu bewerten?

Diesbezüglich fokussierte TP C05 bisher die Entwicklung eines Bewertungsmodells einschließlich der Metrik, die die Bewertungskriterien für Nutzen und Aufwand zusammenführt. Für die Analyse des Nutzens – im Sinne der Wirksamkeit der LV hinsichtlich der Verlagerungen am Tool Center Point (TCP) – wurde eine Testwerkstück-basierte Methode entwickelt. Für die Aufwandsanalyse wurde eine modellbasierte Methode für die Beschreibung der mit den LV verbundenen Arbeitsabläufe und die Zuordnung der Aufwendungen bei Entwicklung, Realisierung und Betrieb entwickelt.

SFB_C05_Messung_4Testwerkstuecke — Messung mit vier Teststücken

SFB_C05_Messung nach ISO (links im Bild) und mit Testwerkstück (rechts im Bild) — Messung nach ISO (links im Bild) und mit Testwerkstück (rechts im Bild)

In Phase 2 wurden die LV vornehmlich an Maschinenkomponenten (Integrationsobjekten, abgekürzt: IO) und unter spezifischen Lastfällen untersucht. Für die Protokollierung dieser Arbeiten und deren Aufbereitung für eine anwendungsfallspezifische Aufwand-Nutzen-Bewertung entwickelte TP C05 geeignete Methoden. Die für die Bewertung notwendige Vergleichbarkeit wurde zunächst mit einer standardisierten Beschreibung der LV hergestellt, die über das selbst entwickelte Dokumentations- und Assistenzsystem DOCASYS bereitgestellt wurde. Mit der Beschreibung der LV erfolgt eine Zuordnung zu den Baugruppen der Werkzeugmaschinen (WZM) und zur Produktionsperipherie. Für jedes LV werden bewertungsrelevante Eigenschaften wie deren Wirksamkeit auf die Arbeitsgenauigkeit der WZM und der mit der LV verbundene Aufwand abgefragt. Schließlich wurden die Ergebnisse der TP an den IO mit DOCASYS erfasst und deren Recherchefähigkeit hergestellt. Anhand der abgelegten Untersuchungsergebnisse kann so der erreichte Entwicklungsstand der LV eingeschätzt werden. Für die anwendungsfallspezifische Eignungsbewertung wird für die untersuchten und dokumentierten Lastfälle eine Kopplung zu möglichen Anwendungsfällen entwickelt.

Die Entwicklung der Testwerkstück-basierten Methode (Werkstückgeometrie, Bearbeitungsprozess sowie Methoden zur Maschinenerwärmung, Vermessung und Auswertung) zum Nachweis der Wirksamkeit der LV fokussierte in Phase 2 auf deren Absicherung und Bewertung gegenüber alternativen Nachweismethoden sowie auf deren Reproduzierbarkeit. Damit wurde die Basis für die Beurteilung der LV weiterentwickelt, die in Phase 3 auf den Demonstratoren unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen angewendet werden. Bis Ende der Phase 2 werden in Kooperation mit TP A05 simulative Untersuchungen zum Wirkungsnachweis der Kompensationsmethoden durchgeführt.

SFB_C05_Anwendungsfälle — Anwendungsfälle

Der Fokus der Phase 3 auf realitätsnahe Szenarien muss sich auch in den Bewertungsmethoden niederschlagen, um die Erprobungen der LV dokumentieren zu können. TP C05 erarbeitet deshalb aus den Referenz-Anwendungsfällen „Werkstattfertigung“, „Serienfertigung“ und „Hochpräzisionsfertigung“ adäquate praktikable Lastfälle und gibt diese den TP für die experimentellen und simulativen Untersuchungen vor, um einerseits die Vergleichbarkeit der Ergebnisse herstellen und andererseits die Eignung der LV für die Anwendungsfälle abbilden zu können. Die Anwendung der LV in der Hochpräzisionsfertigung zielt auf WZM mit möglichst geringen thermisch bedingten Bearbeitungsfehlern. In diesem Zusammenhang analysiert TP C05 die Möglichkeiten und Potenziale der Kombination von LV und bezieht dies in die Bewertung ein. Im Zusammenhang mit dem Betrieb untersucht TP C05 auch, wie sich die Wirksamkeit der LV über der Zeit entwickelt und ob Anpassungen oder Wartungen erforderlich werden. Derartige Aufwände wären dann durch die TP in die Bewertung einzubeziehen. Mit einem Feedback-Management an die TP soll der Aufwand beim Betrieb der LV erfasst werden, um Maßnahmen zur Aufwandssenkung durch die TP zu initiieren. Für die o.g. Anwendungsfälle wird DOCASYS methodisch weiterentwickelt und angewendet. Dies betrifft insbesondere die Methoden zur anwendungsfallbezogenen Eignungsbewertung und -empfehlung der LV, die auch unscharfe Daten mittels Fuzzy-Techniken verarbeiten können und alternative Vorschläge für LV und deren Kombination ermitteln können.