Skip to main content

2025 | Buch

Digitaler Fingerabdruck

Die intelligente Sammlung, Aufbereitung und Übergabe von Daten

herausgegeben von: Daniel Holder, Peter Middendorf

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : ARENA2036

insite
SUCHEN

Über dieses Buch

Dieses Buch dokumentiert die Ergebnisse des Verbundprojekts Digitaler Fingerabdruck, das am Forschungscampus ARENA2036 durchgeführt wurde. Das Hauptziel war die Weiterentwicklung eines Bauteils zu einer Industrie 4.0-Komponente sowie die Schaffung der notwendigen Basis für die intelligente Wertschöpfungskette. Dabei wurden die einzelnen Prozessschritte verknüpft, um einen Mehrwert für jedes Bauteilindividuum und jeden Bauteiltypen zu erhalten. Dieser Mehrwert liegt in der Möglichkeit den Herstellungsprozess individuell einzustellen, ein hohes Maß an Flexibilität zu gewährleisten, jedes Bauteil zu jedem Zeitpunkt der Produktion sowie im Fahrzeugeinsatz bewerten zu können und in Echtzeit Rückmeldung zu bekommen.
Hierfür wurde im Rahmen dieses Projekts eine Basis für die intelligente Wertschöpfungskette automobiler Strukturen in Form einer Datensammlung und intelligenten Datenübergabe sowie der Industrie 4.0-Angliederung geschaffen. Die Betrachtung der vorhandenen Daten sowie Datenformate ermöglichte eine semantische Beschreibung sowie einen ständigen Datenfluss aller notwendigen Daten zwischen den einzelnen Schritten der Wertschöpfungskette. Dies beinhaltete auch eine intelligente Datenablage, Datenaufbereitung sowie eine Kopplung an neue und bestehende Simulationsmethoden. Zudem wurden geeignete Fertigungsprozesse für die Herstellung der sensorintegrierten Industrie 4.0-Komponente definiert und optimiert. Die Versuchskampagne in verschiedenen Anwendungsszenarien ermöglichte die Überprüfung anhand von Realdaten und eine Potentialbewertung entlang der gesamten Wertschöpfungskette des Digitalen Fingerabdrucks.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Der Forschungscampus ARENA2036
Zusammenfassung
Der Forschungscampus ARENA2036 hat mit Abschluss der Verbundprojekte der zweiten Förderphase einen weiteren großen Meilenstein im Rahmen der Förderinitiative erreicht. Während der zweiten Förderphase verdoppelte sich die Anzahl der Mitglieder, die sich gemeinsam der Produktion, der Mobilität, der Digitalisierung und der Arbeit der Zukunft widmeten, auf nunmehr 60. Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit und strategische Partnerschaften konnte mittlerweile eine dynamische Innovationsplattform geschaffen werden, die darauf abzielt, die Dauer von der Invention zur Innovation immer weiter zu reduzieren. Sämtliche Verbundprojekte der zweiten Förderphase zeigen die Signifikanz der engen Zusammenarbeit in puncto Ideation und die Bedeutung der Kooperation hinsichtlich der Skalierbarkeit von Innovationen im Kontext von Industrie 4.0. Die erzielten Fortschritte und Ergebnisse unterstreichen die Rolle von ARENA2036 als eine führende Innovationsplattform, die durch praxisorientierte Forschung basierend auf der Kooperation zwischen Wissenschaft und Industrie nachhaltige Entwicklungen fördert und als Katalysator für technologische Fortschritte dient.
Clemens Ackermann
Kapitel 2. Der Digitale Fingerabdruck
Zusammenfassung
Das Projekt Digitaler Fingerqabdruck – „Die intelligente Datensammlung, -aufbereitung und -übergabe über die gesamte Wertschöpfungskette – von der Idee, über Design, Produktion und In-Service bis hin zum End-of-Life – für das intelligente Bauteil und die wandlungsfähige, autonome Fabrik von Übermorgen!“ wurde im Rahmen der ARENA2036 als eines der ersten Verbundprojekte der zweiten Phase des Forschungscampus ins Leben gerufen. Das Projekt startete im Oktober 2018 und endete im September 2023.
Jörg Dittmann, Peter Middendorf
Kapitel 3. Anbindung der Produktion an den Digitalen Fingerabdruck
Zusammenfassung
Das Kapitel „Anbindung der Produktion an den Digitalen Fingerabdruck“ beschreibt die Integration von Sensoren zur umfassenden Überwachung und Optimierung des Produktlebenszyklus intelligenter Bauteile. Beginnend mit der Definition von Use-Cases, die in vorbereitenden Analysen methodisch ermittelt wurden, wird die Umsetzung praxisnaher Anwendungsbeispiele anhand eines realen Demonstratorbauteils aufgezeigt. Im Abschnitt „Datenmanagement und Anbindung an das PLM-System“ wird ein Konzept zur Sensordatenerfassung und -verarbeitung vorgestellt, das zunächst die Auswahl geeigneter Sensoren umfasst. Anschließend wird die Erfassung und Aufbereitung der Sensordaten während der Produktion und Bauteilnutzung detailliert erläutert, wobei die Entwicklungsschritte der eingesetzten Technologien und Methoden beschrieben werden. Das DFA-Portal, eine zentrale Komponente zur Steuerung und Überwachung der Messsysteme, wird ebenso wie die Integration von Sensordaten in das PLM-System Teamcenter® vorgestellt. Abschließend werden zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten der Use-Cases und die Vorteile einer automatisierten Wertschöpfungskette diskutiert.
Alexander Stumm, Karim Bahroun, Matthias Ulm, Till Maximilian Becker, Moritz Kordt, Frank Nauroth, Andreas Maximilian Damm, Florian Ritter, Claus-Christian Ötting, Markus Münch, Bernd Schieber
Kapitel 4. Durchführung der Fertigungsprozesse für den Digitalen Fingerabdruck
Zusammenfassung
Ziel der Fertigungskette im DFA ist die Herstellung eines Gehäuses für eine Leistungselektronik, welches über einen Deckel mit bauteilintegrierten Sensoren in Faserverbundbauweise (FVK-Deckel) und einem darauf abgestimmten Unterteil aus Aluminium besteht. In diesem Kapitel werden die Produktionstechnologien für das Aluminiumgehäuse, der verwendete Sensor und der FVK-Deckel definiert. Es wird ein allgemeiner Überblick über jede Produktionstechnik gegeben und die zu berücksichtigenden Parameter sowie die Durchführung des Prozesses im Projekt Schritt für Schritt aufgezeigt. Die Prozessanalyse umfasst: Aluminiumgehäuse, Herstellung des MEMS-Sensorbandes, Multiaxiales ORW-Verfahren zur Herstellung des Gewebes, Lagenzuschnitt und TFP-Verfahren, Drapieren und Vorbereitung für Infiltrieren, RTM-Verfahren einschließlich Aushärtungsprozess, Produktfertigstellung einschließlich Montagelöcher und Kontaktierung des Sensorbandes. Abschließend werden der FVK-Deckel und das Aluminiumunterteil zu einem Gehäuse für eine Leistungselektronik montiert und mit weiterer Peripherie komplettiert.
Silvio Facciotto, Jörg Dittmann, Andreas Raichle, Florian Fritz, Karim Bahroun, Jan Dietrich Seiffert, Markus Münch, Sebastian Dogaru, Florian Ritter, Andreas Maximilian Damm, Lennart Bechtloff, Peter Middendorf, Patrick Böhler, Jochen Wiedemann
Kapitel 5. Durchführung der Simulationsprozesskette
Zusammenfassung
Bauteile bestehend aus Faserverbundkunstoffen (FVK) sind von Natur aus für fertigungsbedingte Defekte anfällig, welche die Materialeigenschaften, die Bauteilleistung und -Lebensdauer beeinflussen können. Diese Defekte resultieren aus der Inhomogenität des Grundmaterials, aus den verschiedenen Fertigungsschritten zur Herstellung des Bauteils oder entstehen durch externe Lasten während der Fertigung (z. B. Werkzeugverlust oder sog. „Tool-Drop“). In diesem Kapitel wird die Entwicklung einer numerischen Prozesskette zur Prognose der Fertigungseffekte und der resultierenden Streuungen der Bauteileigenschaften entwickelt. Numerische Methoden werden auf unterschiedliche Skalen (mikro-, meso- und makroskopische Skalen) mit der Software LS-DYNA und LS-OPT aufgebaut, um virtuell die Materialkennwerte von FVK und die Schwankungen der Eigenschaften zu berechnen und dadurch den experimentellen Charakterisierungsaufwand zu reduzieren. Parallel dazu werden relevante Fertigungsschritte numerisch abgebildet. Durch die Kopplung von virtueller Charakterisierung und numerischer Prozesskette, und unter Berücksichtigung von realen Fertigungsrandbedingungen wird die Lebensdauer einzelner Bauteilindividuen vorhergesagt.
Mathieu Vinot, Tolga Usta, Christian Liebold, Martin Holzapfel, Silvio Facciotto, Florian Fritz, Jan Dietrich Seiffert, Markus Münch, Karim Bahroun, Lennart Bechtloff, Hermann Finckh, Jörg Dittmann, Andreas Raichle, Nathalie Toso, Peter Middendorf, Heinz Voggenreiter, Patrick Böhler, Jochen Wiedemann
Kapitel 6. Versuchskampagne und in Service-Testing
Zusammenfassung
Das Kapitel „Versuchskampagne und in Service-Testing“ beschreibt die mit den im DFA aufgebauten Demonstrator-Bauteilen durchgeführten Versuchskampagnen und Ihren Nutzen. Die durchgeführten Bewertungen orientieren sich dabei an den definierten Use-Cases. Dabei werden sowohl die Ergebnisse durchgeführter Testfahrten als auch die Auswertung von Versuchen an einer Shaker-Anlage dargestellt. Eine Betrachtung des Nutzens der Datenrückführung anhand der kumulativen Ermüdung aus den gewonnenen realen Fahrdaten und eine Diskussion der Herstellungskosten des intelligenten DFA-Bauteils runden das Kapitel ab.
Karim Bahroun, Mathieu Vinot, Florian Fritz, Silvio Facciotto, Thomas Sommer-Dittrich
Kapitel 7. Die automatische Bauteilevolution
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die Idee der automatischen Bauteilevolution vorgestellt. Mit den MEMS-Sensoren wurden Sensoren gefunden, welche den Fertigungsprozess der Faserverbundbauteile des Demonstrators ab der Materialauswahl das Demonstratorbauteil „begleiten“ konnten. Die verschiedenen Produktions- und Betriebsdaten, die gesammelt werden, können als Input für die Verbesserung und Änderung des Teils verwendet werden. Die Produktionsprozesse werden als Beispiel verwendet, um die Vorteile der Online-Überwachung aufzuzeigen. Eine vollständig automatisierte Designänderung auf der Grundlage der Ergebnisse von Tests und Simulationen wurde in diesem Projekt nicht erreicht. Die gesamte Produktionskette wird jedoch mit den im Projekt entwickelten Sensoren und Messgeräten überwacht und bildet die Grundlage für eine flexible und effiziente Produktionskette. Unter Verwendung der beschriebenen Technologie und zusätzlicher Berücksichtigung von Energie- und Zeitaufwand, ist es möglich, ein präzises Feedback aus der Produktion zur Identifizierung von Fehlern während einzelner Prozessschritte zu erhalten.
Silvio Facciotto, Jörg Dittmann, Markus Münch, Peter Middendorf
Kapitel 8. Zusammenfassung und Ausblick in die Zukunft
Zusammenfassung
Zusammenfassend kann nach zehn Jahren ARENA2036 und fünf Jahren Projektlaufzeit des Digitalen Fingerabdrucks (DFA) und dem erfolgreichen Abschließen der zweiten Förderphase ein positives Resümee gezogen werden. Projektinhalte wurden umgesetzt, erfüllt und durch die kontinuierliche Datenerfassung im Digitalen Fingerabdruck über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg für weitere Applikationen und nachfolgende Forschungsansätze verfügbar gemacht. Anhand von MVPs (Minimal Viable Products) wurden wissenschaftliche Projektinhalte erarbeitet und demonstriert. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Vernetzung einzelner Simulationsapplikationen mit Produktionseinheiten und dem finalen Produkt neue Use-Cases kreiert werden, was in der dritten Förderphase von zentraler Bedeutung werden kann.
Jörg Dittmann, Peter Middendorf
Backmatter
Metadaten
Titel
Digitaler Fingerabdruck
herausgegeben von
Daniel Holder
Peter Middendorf
Copyright-Jahr
2025
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-69802-0
Print ISBN
978-3-662-69801-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-69802-0

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.