Regelung und Selbstoptimierung in einem Umflechtprozess

Neben dem wachsenden Umweltbewusstsein müssen Unternehmen in Hoch-lohnländern sich im Polylemma der Produktion zwischen individueller Produktion (Scope), die mit hohen Stückkosten einhergeht, einer Massenproduktion (Scale), hoher Qualität (Wertorientierung) und Planungsaufwand (Planungsorientierung) entscheiden. In heutigen Prozessen wie dem Umflechtprozess zur Herstellung von Preformen für Faserverbundwerkstoffe werden durch neue Produktanforderungen oder geänderte Prozessbedingungen die Maschinenparameter manuell mit einem einhergehenden Zeitaufwand angepasst. Somit ist das Ziel dieser Arbeit das Polylemma der Produktion im Umflecht-prozess zu reduzieren. Die Reduktion erfolgt anhand von zwei Lösungsansätzen. Zum einen wird die seriennahe Produktion durch schnelles Einstellen der Maschinenparameter durch eine Regelung des Flechtwinkels erreicht. Zum anderen wird die Qualität durch Reduktion von Qualitätsschwankungen sowie Optimierung der Kompaktierung in der Ebene einer Geflechtlage mittels der Regelung und modellbasierter Selbstoptimierung erhöht (Wertorientierung). In den stationären Bereichen der Regelung konnte eine Abweichung vom Sollwert des Flechtwinkels von maximal ±1,3° erreicht werden. Dieser Wert liegt deutlich unter den in der Automobil- (±5°) sowie Luft- und Raumfahrtindustrie (±3°) geforderten Maximalabweichungen. Der zweite Ansatz basiert auf einer modellbasierte Selbstoptimierung, die es ermöglicht mit einem minimalen Aufwand die Qualität einer Preform weiter zu steigern. Hierbei wird der Qualitätsparameter Kompaktierung indirekt über den Bedeckungsgrad während des Einstellprozesses optimiert. Die verringerte Kompaktierung geht mit dem Dünnschichteffekt einher, der die mechanischen Eigenschaften wie die Materialermüdung positiv beeinflussen kann. So konnte die Dicke einer Geflechtlage an einem Beispiel um etwa 3 % reduziert werden. Durch die Regelung und Selbstoptimierung wurde zum einen die Qualität ge-steigert (Wertorientierung), was typisch für Produkte kleiner Serie in Hochlohnländern ist (Scope). Zum anderen wird die geforderte Qualität schneller erreicht. Damit ist der geregelte Umflechtprozess nicht nur für Massenproduktion (Scale) sondern auch für Produkte kleiner Serie (Scope) geeignet.