Veröffentlichungen

Das IPH, das den AKWZB gegründet hat, veröffentlicht regelmäßig aktuelle Forschungsergebnisse aus dem Bereich Werkzeug- und Formenbau.

Eine Auswahl unserer Publikationen:

Die Losgrößenbildung ist eine wichtige Aufgabe der Produktionsplanung und -steuerung. Bei der Losgrößenbildung wird üblicherweise auf losgrößenabhängige Auftragsauflage- sowie Lagerhaltungskosten zurückgegriffen. Modelle zur Losgrößenbildung vernachlässigen jedoch den Aspekt von losgrößenabhängigen Instandhaltungskosten. Der Werkzeugverschleiß ist für Schmiedeunternehmen aber von hoher wirtschaftlicher Bedeutung, weil die Werkzeugkosten einen Hauptfaktor der Herstellungskosten darstellen.

Produktionsplanung und -steurung, Losgrößenbildung, Prozesstabilität

Der Vortrag stellt eine Methode zur automatisierten Konstruktion und Kalkulation von Folgeverbundwerkzeugen vor. Grundlage bildet eine automatisierte CAD-Modellerstellung für Folgeverbundwerkzeuge. Aus den erstellten CAD-Modellen werden Merkmale abgeleitet, die als Eingangsparameter für Prognosemodelle zur Vorhersage der Werkzeugkosten dienen.

Werkzeugbau, Angebotskalkulation, Data Mining, Prognose

Viele Unternehmen können oder müssen den Energieverbrauch in ihrer Produktion senken. Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) hat Verfahren und eine Formel entwickelt, mit der sich die Energiebilanz verbessern lässt. Gleichzeitig profitiert von dem Ansatz auch die Qualität der Produkte.

Prozessmanagementsoftware, Qualitätskosten, Zuverlässigkeitstechnik

Die Unternehmen der Werkzeugbaubranche sind einer hohen Wettbewerbsintensität ausgesetzt. Um Kundenaufträge zu erhalten, müssen sie verlässliche Angebote in kurzer Zeit abgeben. Die dafür vorliegenden rudimentären und teilweise unvollständigen Informationen über das Werkzeug sind nur bedingt für eine verlässliche Herstellkostenermittlung geeignet. Die vorliegende Arbeit verfolgt daher das Ziel, die Werkzeugbauunternehmen bei der Angebotserstellung durch eine Methode zur merkmalbasierten Herstellkostenermittlung zu unterstützen. Wesentliche Grundlage bildet eine digitale Repräsentation des zu betrachtenden Werkzeugs, die mittels eines Regelwerks durch eine automatisierte CAD-Modellerstellung erzeugt wird. Die Methode wird in Form eines Expertensystems umgesetzt. Die Herstellkostenermittlung erfolgt zum einen, indem die Kosten für die mechanische Bearbeitung mittels eines analytischen Verfahrens auf Basis des CAD-Modells bestimmt werden. Zum anderen werden die Herstellungsprozesskosten mit Hilfe eines Data Mining-basierten Verfahrens ermittelt, indem Merkmale aus dem CAD-Modell abgeleitet werden und als Eingangsgrößen für Prognosemodelle dienen. Anhand von Praxisbeispielen wird die Anwendung des Expertensystems in der Praxis beschrieben und die Methode evaluiert. Dabei werden die praktische Anwendbarkeit und die Grenzen der Methode aufgezeigt.

Werkzeugbau, Angebotskalkulation, Data Mining, Expertensystem

Das Urformverfahren Spritzgießen ist eines der bedeutendsten Verfahren bei der Verarbeitung von Kunststoffen. Damit lassen sich Formteile wirtschaftlich in großen Stückzahlen und mit einer hohen Reproduziergenauigkeit herstellen. Neben der Qualitätsbetrachtung rückt aufgrund der Energiewende und der steigenden Energiepreise auch der Energieverbrauch in der Produktion in den Vordergrund. Insbesondere die kleinen und mittleren Unternehmen aus der Kunststoff verarbeitenden Industrie, mit ca. 3.000 Betrieben deutschlandweit, sind daher gezwungen ihre Prozesse sowie die Produktionsmaschinen energetisch zu optimieren.

Spritzgießen, Kunstoffverarbeitung, Energieoptimierung, Parameteroptimierung, Energiemodell

Die Einhaltung der Liefertreue unter hohem Kostendruck kann durch die Optimierung der innerbetrieblichen Werkzeugversorgung erfolgen. Im Rahmen des Transferprojekts 13 des Sonderforschungsbereichs 489 wurde am Beispiel der Schmiedeindustrie ein mathematisches Modell entwickelt, welches den für die Produktion benötigten Mindestbestand an Schmiedewerkzeugen unter Berücksichtigung des Werkzeugbereitstellungsverzugs bestimmt.

Produktionsplanung und -steuerung, Werkzeugbestandscontrolling, Servicegrad, Betriebsmittelmanagemen

Schmiedeunternehmen sind häufig Zulieferer der Automobilindustrie, die durch die implementierten Prinzipien der Just-In-Time Produktion besonders hohe Anforderungen an die Logistikleistung (Mengen- und Termintreue) ihrer Zulieferer stellt. Darüber hinaus ist der Kostendruck in dieser Branche sehr hoch, sodass Schmiedeunternehmen bestrebt sind, ihre Logistikkosten zu minimieren. Eine der Einflussgrößen auf diese Logistikkosten ist die Höhe des in einem Unternehmen vorhandenen Werkzeugbestands. Da die Werkzeugkosten einen hohen Anteil an den Produktkosten haben, birgt die strategische Positionierung zwischen Logistikleistung und -kosten in der Schmiedeindustrie ein großes Potential. Während jedoch eine zu geringe Anzahl an Werkzeugen zu Wartezeiten in der Produktion und häufigerem Rüsten durch Losteilung sowie einer damit einhergehenden Rüstzeiterhöhung von bis zu 30 % führen kann, ist eine mögliche Folge zu hoher Werkzeugbestände die Erhöhung von Prozessunsicherheiten durch eine verlängerte und stärker streuende Kreislaufdurchlaufzeit. Im Folgenden wird ein strukturierter Ansatz zur Positionierung der Werkzeugversorgung zwischen Logistikleistung und -kosten vorgestellt.

Produktionsplanung und -steuerung, Werkzeugbestandscontrolling, Servicegrad, Betriebsmittelmanagemen

Die Positionierung zwischen Logistikkosten und -leistung der Werkzeugversorgung birgt für Unternehmen der Schmiedeindustrie ein hohes Optimierungspotential. Basierend auf einem im Transferprojekt T13 des Sonderforschungsbereichs 489 "Prozesskette zur Herstellung präzisionsgeschmiedeter Hochleistungsbauteile" entwickelten mathematischen Modells zur Bestimmung des Werkzeugbereitstellungsverzugs wurde der Zusammenhang zwischen dem gewichteten Servicegrad der Werkzeugbereitstellung sowie dem Werkzeugbestand in einem Werkzeugkreislauf hergestellt. In dem vorliegenden Beitrag werden die Herleitung des Zusammenhangs sowie eine mögliche Nutzbarkeit als Controllinginstrument dargestellt.

Produktionsplanung und -steuerung, Werkzeugbestandscontrolling, Servicegrad, Betriebsmittelmanagemen

Durch den Einsatz von Temperiersystemen in Spritzgießwerkzeugen wird die Reduzierung der Zykluszeit und die Erhöhung der Formteilqualität angestrebt. Neue Fertigungsverfahren wie das selektive Laserschmelzen ermöglichen den schichtweisen Aufbau von Temperiereinsätzen und erlauben die freie Gestaltung von Temperiersystemen nah an der Formteilgeometrie. Mit diesen konturnahen Temperiersystemen können z. B. die Zykluszeiten reduziert werden. Die Freiheitsgrade bei der Auslegung von Temperierkreisläufen steigen mit den neuen Fertigungsverfahren jedoch, was die manuelle Auslegung erschwert und die Simulationszeiten verlängert. Methoden zur dreidimensionalen Auslegung von konturnahen Temperiersystemen unter Berücksichtigung von Geometrie- und Prozessparametern sind derzeit nicht verfügbar. Unterstützung bietet eine neuartige Software, die die Kanäle konturnah auslegt und dadurch die Formteilqualität und die Zykluszeit bei minimiertem Konstruktionsaufwand verbessert.

Spritzgießen, konturnahe Temperiersysteme, Auslegung, naturanaloge Verfahren

Gesamtziel des Vorhabens war die Entwicklung einer Methode zur automatisierten CAD-Modellerstellung und Kostenkalkulation von Folgeverbundwerkzeugen. Die Methode sollte zum einen die automatisierte Erstellung eines CAD-Modells des Werkzeugs auf Basis eines Streifenbildes ermöglichen. Dazu sollten die Werkzeuge modularisiert und die Wechselwirkungen der einzelnen Module auf die Werkzeugkonstruktion in Regeln abgebildet werden. Die Regeln sollten anschließend die automatisierte CAD-Modellerstellung ermöglichen. Zum anderen sollte eine Verknüpfung der CAD-Modelle mit einer automatisierten Kostenkalkulation und -überwachung erfolgen. Grundlage der Kostenkalkulation und -überwachung waren die CAD-Modelle des Werkzeugs und die eingeführten Standardprozesse in der Werkzeugproduktion.

Künstliche Intelligenz, Werkzeugbau, Herstellkostenermittlung, Produktkonfiguration, CAD-Automation

Dieser Beitrag stellt die Entwicklung von Methoden und Regeln zur automatisierten Erstellung eines Werkzeugmodells sowie zur automatisierten Kostenkalkulation und -überwachung vor. Ausgehend vom Streifenbild des herzustellenden Produkts werden Werkzeuge konfiguriert, deren Elemente mit Herstellungsprozessen und Kostendaten verknüpft sind. Durch den Einsatz von Algorithmen der Künstlichen Intelligenz wird auch die Mitarbeitererfahrung bei der Angebotserstellung abgebildet und berücksichtigt.

Werkzeugbau, Angebotskalkulation, Data Mining, Expertensystem

Ziel ist die Entwicklung einer funktionsbasierten Methode zur Unterstützung der Angebotsplanung im Spritzgießwerkzeugbau. Bei Werkzeugen und Formen geht man davon aus, dass diese zwar Unikate sind, die Werkzeugfunktionen aber wiederkehrend sind. Mögliche Nachkalkulationen werden in der Regel erfasst und können mit der funktionsbasierten Angebotskalkulation besser für die Angebotskalkulation genutzt werden. Die Methoden der Ähnlichkeitssuche helfen bei der Vorhersage und bei der genauen Ermittlung des Herstellaufwandes eines Werkzeuges. Zur Validierung des Konzeptes mit Realdaten wird der Software-Demonstrator mit vorhandenen Nachkalkulations-Tools verknüpft und konzeptionell auf weitere Unikatprodukte übertragen.

Angebotsplanung, funktionsbasierte Methode, Spritzgießwerkzeugbau

Wirtschaftlichkeit und Qualität sind nach wie vor entscheidende Wettbewerbsfaktoren im produzierenden Gewerbe. So steht auch das Spritzgießen vor der Herausforderung, hochwertige Teile mit gleichbleibender Qualität zu geringeren Kosten zu liefern. Unterstützung dafür liefert eine neuartige Software zur automatischen und konturnahen Temperierkanalauslegung mittels künstlicher Intelligenz, die das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH zusammen mit mehreren Unternehmen entwickelt.

Temperierkanalauslegung, Spritzgießen, Wirtschaftlichkeit und Qualität

Wirtschaftlichkeit und Qualität sind nach wie vor entscheidende Wettbewerbsfaktoren im produzierenden Gewerbe. Hochwertige Teile mit gleichbleibender Qualität zu geringeren Kosten zu liefern – diese Herausforderung besteht z. B. auch beim Spritzgießen. Unterstützung bietet eine neuartige Software, die die Kanäle konturnah auslegt und dadurch die Formteilqualität und die Zykluszeit bei minimiertem Konstruktionsaufwand verbessert.

Temperierkanalauslegung, Spritzgießen, Wirtschaftlichkeit und Qualität

Formteilqualität und Zykluszeiten werden bei Spritzgießprozessen durch das Temperiersystem im Werkzeug gesteuert. Bisher legen erfahrene Konstrukteure manuell konturnahe Temperiersysteme aus, um sie dann iterativ und versuchsbasiert zu simulieren. In dem vorliegenden Artikel wird eine Methode zur automatisierten Temperiersystemauslegung vorgestellt. In der Methode sind naturanaloge Verfahren verknüpft, die den Konstruktionsprozess beschleunigen und die Wirtschaftlichkeit des Spritzgießprozesses verbessern.

Spritzgießen, konturnahe Temperiersysteme, Auslegung, naturanaloge Verfahren

Wirtschaftlichkeit und Qualität sind nach wie vor entscheidende Wettbewerbsfaktoren im produzierenden Gewerbe. Hochwertige Teile mit gleichbleibender Qualität zu geringeren Kosten zu liefen – diese Herausforderung besteht auch im Spritzgießen. Unterstützung biete eine neuartige Software, die die Kanäle konturnah auslegt und dadurch due die Formteilequalität und die Zykluszeit bei minimierten Konstruktionsaufwand verbessert

Spritzguss, Temperaturführung, Softwareentwicklung

Auf Grund der Komplexität und des Unikatcharakters von Werkzeugen und Formen erfolgen individuelle Kalkulationen und zugleich verbindliche Angebote auf Basis von Kundenanforderungen und meist unzureichenden Produktinformationen. Zunehmend finden dabei kommerzielle Softwarepakete Verwendung. Dennoch ist die Unterstützung bei der Angebotserstellung weiterhin ungenügend. Das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH entwickelt eine Methode, die basierend auf einer funktionsorientierten Werkzeugstrukturierung und dem Wissen über bereits produzierte Werkzeuge eine präzise, aufwandsarme und transparente Angebotskalkulation ermöglicht.

Angebotsplanung, funktionsbasierte Methode, Spritzgießwerkzeugbau

Blechverarbeitende Werkzeuge verursachen während ihrer Nutzungsphase bis zu 70 % der eigenen Lebenszykluskosten. In der Regel werden sie heutzutage jedoch nur auf Basis ihres Einkaufspreises beschafft. Das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH hat eine Methode entwickelt, mit der die Lebenszykluskosten von diesen Werkzeugen bereits während der Planung wissensbasiert prognostiziert und berücksichtigt werden können.

Kalkulation, Lebenszykluskosten, Werkzeugbau

In dem Vortrag wurde das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH mit seinen drei Arbeitsgebieten Umformtechnik, Logistik und Automatisierungstechnik vorgestellt. Forschungs- und Beratungsschwerpunkte des Instituts wurden an Praxisbeispielen diskutiert. Außerdem wurden Lebenszykluskosten von Werkzeugen und Formen diskutiert sowie Methoden zur Prognose der Lebenszykluskosten vorgestellt.

Werkzeug- und Formenbau, Lebenszykluskosten, Forschung und Entwicklung

Um Preisangebote für komplexe Unikatprodukte wie Spritzgießwerkzeuge abgeben zu können, werden zunächst die Herstellkosten und -zeiten der jeweiligen Einzelteile und Baugruppen abgeschätzt. Meist orientieren sich die Angebotsplaner dabei an ähnlichen Werkzeugen, die bereits hergestellt wurden. Dieser recht zweckmäßige Weg erfordert aber viel Erfahrung; zudem ist er meist zeitaufwändig und fehleranfällig. Schneller und kostengenauer ist eine ähnlichkeitsbasierte, funktionsgestützte Methode zur Angebotsplanung.

Angebotsplanung, funktionsbasierte Methode, Spritzgießwerkzeugbau

Weitere Veröffentlichungen des IPH finden Sie unter www.iph-hannover.de/de/forschung/veroeffentlichungen.

Ansprechpartner

Sebastian Brede
M. Sc.

IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

Benjamin Küster
M. Sc.

IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

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