Hintergrund und MotivationEin virtueller Zwilling ist eine digitale Repräsentation eines
physischen Produkts, Prozesses oder Systems. Im Bereich des Spritzgießens ermöglicht ein virtueller Zwilling die
Simulation und Optimierung von Prozessen in einer virtuellen Umgebung,
bevor der reale Prozess durchgeführt wird. Dies kann zur Reduzierung von
Fehlern, Kosten und Zeit beitragen.
Die Simulationen ermöglichen dabei einen detaillierten Einblick in den Prozess und können Prozess-Produkt-Wechselwirkungen aufzeigen. Je nach Komplexität der Modelle können diese Simulationen jedoch mehrere Stunden oder sogar Tage dauern. Für eine umfassende Optimierung oder als zusätzliche Assistenz während des Betriebs bedarf es jedoch einer deutlichen Verkürzung der Rechenzeiten. Bei einer ausreichend großen Menge an Simulationsdaten eignen sich insbesondere Methoden des Machine Learning und künstlicher Intelligenz (KI), um über Regressionen Ersatzmodelle zu konstruieren, die in der Lage sind den Simulationsprozess im Sekunden- oder Millisekundenbereich abzubilden. Durch diese Modellreduktion können bspw. Applikationen auf Tablet o.ä. durch Benutzereingabe oder parallel zum Prozess Produkteigenschaften in nahezu Echtzeit abbilden.
Im Rahmen der studentischen Arbeit soll ein virtueller Zwilling für
Spritzgießprozesse entwickelt werden. Ziel ist es, eine digitale
Plattform zu schaffen, die es ermöglicht, Spritzgießprozesse virtuell zu
simulieren, zu überwachen und zu optimieren. Innerhalb des Bereichs gibt es zahlreiche interessante Fragen die im Rahmen einer studentischen Arbeit beantwortet werden können. Der Aufgabenbereich umfasst dabei theoretische Ausarbeitungen im Bereich Simulation und Programmierung aber auch experimentelle Untersuchungen zu Prozessverhalten und Materialcharakterisierung thermoplastischer Kunststoffe sind möglich. Umfang und Dauer der Arbeit richten sich nach Art der jeweiligen studentischen Arbeit. Im Rahmen der Arbeit können einer oder mehrere der folgenden Schwerpunkte bearbeitet werden:
·
Modellierung und Simulation: Entwicklung eines parametrisierten
Simulationsmodells eines Spritzgießprozesses in Autodesk Moldflow oder OpenFoam.
Welche relevanten Faktoren wie Materialverhalten, Prozessparameter,
Formgeometrie und Kühlung müssen berücksichtigt werden?
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Sensordatenintegration: z.B. Konstruktion eines sensorintegrierten
Werkzeugs zur Erfassung von realen Prozessdaten in Echtzeit. Diese Daten könnten Temperatur, Druck, Durchflussraten und andere relevante
Parameter umfassen.
·
Entwicklung von KI-Algorithmen: Entwicklung und Modellierung
von KI-Algorithmen (z.B. Neuronale Netze), auf Basis von Simulationsdaten. Dies
könnte die Vorhersage von Prozessabweichungen, die Optimierung von
Prozessparametern oder die Identifizierung von Qualitätsdaten umfassen.
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Benutzeroberfläche und Visualisierung: Entwicklung eine
Benutzeroberfläche, die es Benutzern ermöglicht, den virtuellen Zwilling zu
steuern, Parameter anzupassen und die Ergebnisse in Echtzeit zu visualisieren.
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Validierung und Optimierung: Validierung des Simulationsmodells
anhand von realen Spritzgießprozessen. Vergleichen Sie die virtuellen
Ergebnisse mit den tatsächlichen Ergebnissen. Ist das Simulationsmodell ausreichend,
bilden die KI-Algorithmen die Realität ausreichend ab.
·
Berücksichtigung von Rezyklatwerkstoffen: Integration von
schwankenden Materialeigenschaften für die Analyse von recycelten Kunststoffen.
Wie können Schwankungen berücksichtigt werden. Welche Auswirkungen haben
die Eigenschaften auf die Produktqualität.
Zusätzliche Überlegungen:
- Wie kann der virtuelle Zwilling zur Reduzierung von Ausschuss, Kosten und Zeit in der Fertigung beitragen?
- Welche Möglichkeiten gibt es, den virtuellen Zwilling mit echten Fertigungsmaschinen und -anlagen zu verbinden, um eine nahtlose Prozesssteuerung zu ermöglichen?
Art:
- Bachelorarbeit
- Studienarbeit(Master)
- Masterarbeit
Fachrichtungen: CSE, Maschinenbau oder vergleichbar
Begin der Arbeit: sofort
Zuletzt geändert: 22.08.2023
