SIMULATION DRIVEN
PRODUCT AND PROCESS OPTIMIZATION

VIPO Symposium 2020

Am 30. Januar 2020 veranstaltete der Wachstumskern VIPO zum ersten Mal in Weimar ein erstes Symposium. Ziel der Veranstaltung war es, einen inhaltlichen und fachlichen Austausch zu neusten Forschungserkenntnissen zu schaffen. Neben den VIPO-Mitgliedern nahmen auch zahlreiche Interessenten aus relevanten Wirtschaftsbereichen teil. In diesem Blog-Artikel geben wir einen kurzen Einblick in die einzelnen Präsentationen. Die Folien der Vortragenden stehen ebenfalls zum Download zur Verfügung.

Keynote und Eröffnung des Symposiums

Zu Beginn der Veranstaltung stellte Herr Johannes Will (Dynardo GmbH) den Wachstumskern VIPO vor. Er betonte dabei, dass die Digitalisierung des Produktlebenszyklus entscheidend für die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit ist. Genau an dieser Stelle knüpft der Wachstumskern mit den jeweiligen Forschungsthemen an. In der anschließenden Keynote fokussierte sich Will auf die künstliche Intelligenz für „Computer-Aided-Engineering“ (CAE)-Anwendungen.

Die sich anschließenden Vorträge wurden thematisch jeweils einem Verbundprojekt zugeordnet. Mehr über die spezifischen Inhalte der einzelnen Projekte kann in unserem ersten Blogbeitrag nachgelesen werden. Im ersten Block stand somit die Virtuelle Produktoptimierung im Fokus.

Die Präsentation stehen über folgendem Link zum Download bereit: Folien.

 

Vortragsblock 1: Virtuelle Produktoptimierung

 

Systematische Optimierung eines Lichtleiterkopplungsaufbaus

Stephanie Kunath stellt zunächst die unterschiedlichen Herausforderungen, die sich aufgrund der hohen Komplexität der technischen Optik bei der Optimierung von Lichtleiterkopplungssystemen ergeben, dar. Neben diesem Aspekt nehmen auch die Anforderungen an die Systemleistung fortwährend zu. Die Software optiSLang bietet dabei eine Lösung, die diese Herausforderungen bewältigen kann. Die Software beinhaltet unter anderem einen Workflow, der mit einem Minimum an Solvern vollkommen automatisch abläuft, um die wichtigsten Parameter für jede Antwort zu identifizieren.

Vortragsfolien (PDF)

Demonstratoranlage für die Produktoptimierung

Im Anschluss präsentierte Prof. Bliedtner aktuelle Forschungserkenntnisse in Bezug auf die Demonstratorenanlage. Die Motivation hinter der Entwicklung ist vor allem in den hohen Anforderungen an optische Systeme der Lasermaterialbearbeitung zu sehen. Diese werden in zwei Schwerpunktthemen aufgeteilt:

  • Sublimationsschneiden höchster Präzision mit UKP-Laserstrahlung
  • und Remote-Laserstrahlschweißen mit hochbrillanten Festkörperlasern.

Die aktuellen Herausforderungen bei den verwendeten Methoden sind im Fokuslageshift, dem Driften der Strahllage und der zeitlichen Fluktuation zu sehen. Zur Untersuchung dieser Effekte hat die Ernst-Abbe-Hochschule Jena eine Demonstratoranlage aufgebaut. Sie enthält zahlreiche optische Komponenten zur Strahlführung, -formung sowie -überwachung und kann somit die durch die Projektpartner entwickelten Algorithmen messtechnisch verifizieren.

Vortragsfolien (PDF)

Physical-Optics Modeling of Laser Resonators

In dieser Präsentation stellt Dominik Kühn von der Firma LightTrans International UG die Fast Physical Optics Software VirtualLab Fusion vor. Es werden verschiedene, für Laser und Resonatorsysteme hilfreiche, Anwendungsbeispiele der physikalischen Optik gezeigt, wie z. B. die Fokussierung innerhalb eines Kristalls oder die nicht-sequenzielle Feldverfolgung. Das Besondere an dieser Plattform ist das automatische Zusammenspiel unterschiedlicher Solver, welche alle in einer einzigen Software integriert sind.

Vortragsfolien (PDF)

CPQ und FZM: Konfigurieren mit Feldzusammenhangsmodellen

Dr. Georg Elsner, Geschäftsführer von der ORISA Software GmbH in Jena, stellt in seinem Vortrag ein Programm zur Konfiguration individuell angepasster Produkte vor. Dabei werden die ausgewählten Eigenschaften direkt visualisiert. Außerdem kann eine automatische Anpassung der Auswahlmöglichkeiten erfolgen. Um die Filter-Suche zu optimieren, soll in Zukunft die FZM-Methode in das Programm integriert werden. Ziel ist es, dass die Auslegung im Konfigurator mit einer hohen Performance erfolgt und auch dann, wenn analytische Zusammenhänge unbekannt sind.

Vortragsfolien (PDF)

Kopplung von optischen und halbleiterphysikalischen Simulationstools am Beispiel einer miniaturisierten Hanbury Brown-Twiss-Anordnung

Bernhard Schwartz vom CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik erörtert in seiner Präsentation Konzepte von miniaturisierten Strahlteiler-Konfigurationen für Anwendungen im Bereich der Quantentechnologie. Dafür analysiert er die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Konzepte und beschreibt die Vorgehensweise für die Kopplung optischer und halbleiterphysikalischer Simulationstools mit Hilfe von VirtualLab Fusion und Silvaco Atlas.

Vortragsfolien (PDF)

Optimierte Photodiodensimulation mittels direkter multiphysikalischer Kopplung von Halbleiterladungstransportgleichungen mit Mechanik, Thermik und Optik in der Software PolyDE

In der folgenden Präsentation stellt Jürgen Anatzki von der NH NUMERI HANSEATICA GmbH die Software PolyDE vor. Sie bietet ein generalisiertes Lösungsverfahren für partielle Differenzialgleichungssysteme (DGLs). DGLs beschreiben die abstrakte Darstellung physikalischer Gesetzmäßigkeiten zur Abbildung verschiedener physikalischer Effekte. Dabei können verschiedene Methoden zur Lösung dieser Gleichung herangezogen werden. Auf den folgenden Folien wird eine effiziente Methode zur Lösung dieser Gleichungen anhand eines Beispiels der Halbleitersimulation mithilfe von PolyDE vorgestellt.

Vortragsfolien (PDF)

 

Vortragsblock 2: Virtuelle Prozessoptimierung

 

3D Druck von Quarzglas – Herausforderung an die Prozess-Simulation

Florian Wagner von der 3D-Schilling GmbH erläutert in seinem Vortrag die Vorgehensweise zur additiven Fertigung von Glas im WLAM-Verfahren. Dabei handelt es sich um ein Verbundforschungsprojekt, welches zusammen mit IL Metronic und der Technischen Universität Ilmenau bearbeitet wird. Innerhalb des Vortrags fokussiert sich Wagner auf die Darstellung automatisierter Prototypenanlagen und erster Versuchsergebnisse. Darüber hinaus wird ebenfalls der Einfluss der Druckrichtung und der Laserleistung dargelegt sowie die verschiedenen Anwendungsfelder.

Vortragsfolien (PDF)

Möglichkeiten des Einsatzes von faseroptischen Sensoren zur Erfassung von Prozessgrößen beim FDM-Drucken sowie für die Zustandserfassung auslegungsrelevanter Kunststoffbauteile

Martin Ganß von der Materialforschungs- und -prüfanstalt Weimar an der Bauhaus-Universität Weimar thematisiert in dieser Präsentation den Einbau von faseroptischen Sensoren zur Messung von Zustandsveränderungen eines Objektes. Mithilfe dieser Fasern sollen die Widerstandsfähigkeit und das mechanische Verhalten ermittelt werden. Die Sensoren können unter anderem die Temperatur und die mechanische Dehnung messen. Die Idee hinter dieser Methode ist herauszufinden, wie viel Belastung die selbst hergestellten Objekte aushalten. Mit Blick auf die Zukunft könnten diese Sensoren fest in die Objekte integriert werden, um eine live Beurteilung/Überprüfung dieser zu ermöglichen.

Vortragsfolien (PDF)

FEM-Simulationsmethoden für den Prozess der additiven Fertigung

Die additive Fertigung ist umgangssprachlich besser bekannt als „3D-Druck“. Dabei wird ein 3D-Objekt durch schichtweisen Materialauftrag erstellt. Dieses Verfahren birgt verschiedene Herausforderungen, wobei die parametrische Simulation helfen kann. Innerhalb des Vortrags zeigt Roger Schlegel die Prozesssimulation für additive Fertigung schrittweise vor. Zukünftig soll eine Schnittstelle zwischen dem Drucker (G-Code) und der Simulationsumgebung (ANSYS APDL) entwickelt werden.

Vortragsfolien (PDF)

Industrieller Einsatz von Kunststoff - 3D-Druck

In dieser Präsentation erklärt Dr. Martin Schilling das 3D-Druckverfahren für industriellen Kunststoff. Er geht dabei unter anderem auf die Produktivität, Kosten und Qualität der hergestellten Teile ein. Die Hauptgründe, weshalb sich 3D-Druck noch nicht überall durchgesetzt hat, sieht Schilling unter anderem in den eingeschränkten Zuverlässigkeitsaussagen und Qualitätsgarantien. Das FDM-Verfahren muss dementsprechend weiterentwickelt werden, sodass unter anderem ein wahlfreier Einsatz von Kunststoffen ermöglicht wird.

Vortragsfolien (PDF)

 

Vortragsblock 3: Digitaler Zwilling

 

Ein Digitaler Zwilling für Prüfmaschinen Visionen, Konzepte & Herausforderungen

Heiko Beinersdorf von der Materialforschungs- und -prüfanstalt Weimar an der Bauhaus-Universität Weimar geht in dieser Präsentation auf den Entwicklungsprozess und verschiedene Konzepte von digitalen Zwillingen näher ein. Außerdem thematisiert er in diesem Zusammenhang auch die unterschiedlichen Herausforderungen, die im Rahmen der Weiterentwicklung bewältigt werden müssen.

Vortragsfolien (PDF)

Entwicklung neuartiger kognitiver, adaptiver Sensorik mittels Compressed Sensing

Dr. Florian Römer von Fraunhofer thematisiert in dieser Präsentation das Ziel der Entwicklung von Systemlösungen für zerstörungsfreie Charakterisierung, Steuerung und Kontrolle von Prozessabläufen sowie die intelligente Vernetzung und Optimierung eben dieser. Dies wollen sie mittels kognitiver Sensorik erreichen – das bedeutet, dass Vorwissen genutzt wird und kontinuierlich weitere Informationen, basierend auf innovativer Signalakquise, hinzugefügt werden.

Vortragsfolien (PDF)

Nutzen von Internet of Things Plattformen für die Entwicklung und den Betrieb von digitalen Zwillingen

Michael Geigerhilk von der Andato GmbH & Co. KG stellt in seiner Präsentation Simulationsmodelle vor, um komplexe Systeme darzustellen sowie deren Verlauf vorherzusagen und interne Kopplungseffekte aufzudecken. Eine Variante davon stellt der sogenannte digitale Zwilling dar. Dabei handelt es sich um ein virtuelles Modell eines Produktes, das sämtliche Charakteristiken des realen Produktes inkludiert hat. Damit ist es möglich, die Funktionalität/Performance, so wie die Qualität des realen Produktes zu simulieren. Dies soll zukünftig dazu beitragen, Ausfallzeiten zu vermeiden, da Schwachstellen rechtzeitig erkannt und der Wartungsplan dementsprechend optimiert werden kann.

Vortragsfolien (PDF)

Akustische Zustandskontrolle

Matthias Ressel von der Vattenfall GmbH stellt eine Methode zur Überwachung von Schwachstellen in Pumpspeicherkraftwerken mithilfe von akustischen Messungen vor. Innerhalb eines Feldversuchs wurde eine Messung mit vier Mikrofonen durchgeführt, bei der vermutete Fehlerstellen ebenfalls berücksichtigt wurden. Die Aufzeichnung erfolgte über mehrere Wochen hinweg, wobei keine Fehler aufgetreten sind. Allerdings sind für valide Aussagen weitere Daten notwendig.

Vortragsfolien (PDF)

Charakterisierung piezoresistiver Messbrücken mit maschinellem Lernen basierend auf Prozessdaten

Konstanze Olschewski von der Alpha Analytics UG & Co. KG stellt in dieser Präsentation eine Methode zur Bewertung von Sensoren vor. Die Motivation hinter dieser Methode ist die Qualitätsüberwachung von Prozessen und die Charakterisierung von Messbrücken. Diese Methode funktioniert mithilfe der Prozessdaten, welche das Zusammenführen von Daten zur Mustererkennung vereinfacht. Dies wird unter anderem für die Ermittlung der Stabilität eines Sensors benötigt. Der Ablauf dieser Bewertung wird auf den Folien dieser Präsentation visuell dargestellt und erklärt.

Vortragsfolien (PDF)

Predictive Maintenance of Aircraft Engines by use of a Digital Twin

Dr. Frank Brehmer von der Lufthansa Technik präsentiert in diesem Vortrag die Methode zur Simulation eines Digitalen Zwillings. Konkret erfolgt dies am Beispiel einer Turbine, bei der mögliche Schwachstellen identifiziert werden sollen. Hierdurch kann frühzeitig eine Nachbestellung notwendiger Ersatzteile und/oder eine Optimierung zukünftiger Turbinenteile erfolgen. Physikalisch gesehen basiert dieses Modell auf thermodynamischen Zyklen und numerischen Situationen, anstelle von „Big Data“-Algorithmen.

Vortragsfolien (PDF)

Resümee der Veranstaltung

Sowohl unsere Gäste als auch unsere Referenten kamen zu dem Schluss, dass es sich bei dem diesjährigen Symposium um eine gelungene Veranstaltung handelte. Die Teilnehmer konnten sich bzgl. der neusten Forschungsergebnisse austauschen und mit neuen Impulsen die zukünftigen Experimente sowie Weiterentwicklungen starten. Wir möchten allen Teilenehmern für den konstruktiven Austausch und wertvollen Input danke und freuen uns auf eine Fortsetzung im nächsten Jahr.

Über den Autor

Anne Jahn

Mein Name ist Anne Jahn und ich bin für die Website und die Contenterstellung im Projekt verantwortlich. Mein Spezialgebiet ist alles rund um das Thema Online Marketing. Bei weiteren Fragen können Sie sich gerne per Mail an mich wenden: anne.jahn@lighttrans.com

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