Schwerpunktprogramm „Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse“ (SPP 2183)
Deadline: 14. Juni 2023
Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat im März 2018 die Einrichtung des Schwerpunktprogramms „Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse“ (SPP 2183) beschlossen. Als Laufzeit sind sechs Jahre vorgesehen. Die DFG lädt hiermit ein zur Antragstellung für die dritte der drei zweijährigen Förderperioden.
Die Produktionstechnik wird aktuell durch den Übergang von automatisierten Systemen zu Cyber-Physischen Produktionssystemen (CPPS) geprägt, deren wesentliches Merkmal die räumliche und zeitliche Integration der Informations- und Planungssysteme in die Produktionsanlagen ist. CPPS sollen im Rahmen der resilienten Fabrik der Zukunft eine robuste und gleichzeitig wandlungsfähige Produktion ermöglichen. Diese aktuellen Anforderungen betreffen die gesamte Fertigungstechnik und machen somit auch ein Umdenken in der Gestaltung von Umformprozessen erforderlich. Bauteile, bei denen es auf eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer ankommt, erfordern häufig eine umformtechnische Herstellung. So bilden geschmiedete Hochleistungskomponenten die Grundlage technischer Innovationen in der Energie- und Verkehrstechnik. Umgeformte Blechbauteile vereinen Leichtbau, Crashsicherheit und Recyclierbarkeit im Fahrzeugbau.
Umformprozesse haben sich seit den Ursprüngen vor mehreren tausend Jahren kontinuierlich weiterentwickelt und den Bedarfen angepasst. Zu Beginn der umformtechnischen Metallverarbeitung wurden flexible manuelle Verfahren (Schmieden, Dengeln, Treiben) eingesetzt, bei denen das Prozessergebnis durch die manuellen Fertigkeiten und kognitiven Fähigkeiten des Menschen im Sinn eines Regelkreises beeinflusst wurde.
Im Laufe der Industrialisierung wurden Umformprozesse zunehmend auf Umformmaschinen durchgeführt und automatisiert. Hierbei blieb der Einsatz der Regelungstechnik überwiegend auf die Regelung der Bewegungsabläufe der Umformmaschinen beschränkt. Umformprozesse laufen somit hinsichtlich der Produkteigenschaften überwiegend gesteuert ab und können daher nicht oder nur sehr eingeschränkt auf Schwankungen in den Werkstückeigenschaften oder Störungen im Prozess reagieren. Für den Einsatz in resilienten Fabriken der Zukunft muss in der Umformtechnik der Übergang von gesteuerten zu geregelten Prozessen vollzogen werden, die sich auf veränderliche Randbedingungen und Störungen einstellen können. In Hinblick auf die Erhöhung der Ressourceneffizienz erscheint ein weiterer Schritt hin zur Eigenschaftsregelung von Umformprozessen erforderlich, um auch bei Schwankungen im Ausgangsmaterial und in den Prozessrandbedingungen Bauteileigenschaften innerhalb der jeweils geltenden Spezifikationen einzustellen und Ausschuss zu reduzieren. Die Herausforderungen für die Entwicklung eigenschaftsgeregelter Umformprozesse resultieren daraus, dass die Wirkung des Werkzeugs auf das Werkstück hochgradig nichtlinear sowie zeitlich und örtlich verteilt ist. Für eine Eigenschaftsregelung müssen Umformprozesse somit als örtlich verteilte und zeitlich veränderliche Systeme verstanden und auf ihre Regelbarkeit hin untersucht werden. Für das Design effizienter Regler muss der Umformprozess in seiner Wirkung auf die Produkteigenschaften mathematisch beschrieben werden und für eine systematische Entwicklung von Reglern zugänglich gemacht werden.
Ziel des Schwerpunktprogramms ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen der prozessintegrierten Eigenschaftsregelung von Umformprozessen zu erforschen und neue Ansätze der Eigenschaftsregelung zu erproben und zu validieren.
