Robuste Design-Optimierung von Umformprozessen mittels bionischer Algorithmen

Universität Reutlingen

Iryna Kmitina2), Tatjana Popova2), Julian Litzkow1), Rolf Steinbuch2) , Ingo Neubauer1) , Ralph Bernhardt1), Gordon Huettig 3),

1) simufact  engineering

2) Reutlingen Research Institute, Hochschule Reutlingen

3) Tubex Rangendingen

ralph.bernhardt@simufact.de, rolf.steinbuch@reutlingen-university.de

 

Die Optimierung von Prozessen/Prozessketten im Sinne der Einstellung robuster, streuungsarmer Prozesse durch geeignete Parameterkombinationen mittels Simulation ist ein noch junges Anwendungsfeld. Dies liegt vor allem auch in der nichtlinearen Natur der zu untersuchenden Prozesse und der Vielzahl von Einflussgrößen begründet. Im Bereich der Umformprozesse treten oft langwierige Simulationen zahlreicher Einzelschritte mit vielen Parametern der Werkstück- und Werkzeug-Geometrie, des Werkstoffverhaltens und der Wechselwirkung zwischen Werkstück und Werkzeug auf. Weiterhin beobachtet man zahlreiche lokale Maxima.

Mit klassischen Ansätzen, wie einer vollfaktoriellen DoE zum Beispiel, führen schon wenige variable Prozessgrößen zu einer nicht mehr handhabbaren Anzahl möglicher Parameterkombinationen und damit einem sehr hohen Rechenaufwand. Zudem muss ein optimales Design (im Hinblick auf das Erreichen einer Zielgröße) nicht zwangsläufig auch robust gegen Parameterschwankungen sein.

Um hier mit vertretbaren Rechenzeiten zu sinnvollen Ergebnissen zu gelangen, ist es sinnvoll, bionische Optimierungsverfahren wie Evolutionsstrategie oder Particle Swarm Optimierung einzusetzen. Ähnlich wie reale Populationen suchen diese nach bestmöglichen Zuständen und sind dabei in der Lage, lokale Maxima wieder zu verlassen.

Anhand der Fertigung von Dosen mit Fließpress- und Tiefziehverfahren entwickelt Simufact in Kooperation mit dem Reutlingen Research Institute (RRI) und Tubex im Rahmen eines von der AiF geförderten ZiM-Projektes einen Overlayprozessor, der eine Reihe von Umformanalysen anstößt und aus gegebenen Anfangsbedingungen, Parameterbereichen und Restriktionen Verbesserungen vorschlägt. Bei der Neuentwicklung von Fertigungslinien lassen sich so wesentliche Zeit- und Materialersparnisse realisieren.

Die Aufgabenstellung und ihre Umsetzung lassen sich anhand einiger Beispiele vorstellen, das Potenzial für künftige Entwicklungen führt dazu, dass die Simulation integriert in eine Optimierungsumgebung sich zum Standardwerkzeug bei der Dosenfertigung ausbilden kann.        

Im Focus

"Mit dem Projekt ‚Robuster Design Optimierer‘
verfolgen wir konsequent und nachhaltig
unsere Entwicklungsaktivitäten auf dem Gebiet
der statistisch basierten Prozessoptimierung.“

Lesen Sie die komplette Stellungnahme
von Dr. Ralph Bernhardt, Director Research &
                                       Innovation bei Simufact.

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