TY - THES

T1 - Systematische Bewertung der Kurzzeitstabilität von Spritzgießprozessen in einer flexiblen, vernetzten Produktion

AU - Handl, David

N1 - gesperrt bis 01-09-2027

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Das Spritzgießen ist ein komplexer Prozess, bei dem die Qualität des gefertigten Formteils von vielen Maschinen- und Prozessparametern abhängt. Um eine Kontrolle und die Überwachung des Spritzgießprozesses zu ermöglichen, ist die Erfassung von Prozessdaten erforderlich. Basierend auf diesen kann der Prozess auf Stabilität überprüft werden, welche eine Voraussetzung für weitere Analysen, wie beispielsweise der Prozessfähigkeit, ist. Neben der grundlegenden Erfassung der Daten spielt die Qualität jener eine große Rolle für die Zuverlässigkeit der darauf basierenden Analysen. Diese Arbeit befasst sich im Kern mit der Entwicklung eines Software-Konzepts, mit dem Produktionstechniker, während Probeläufen, in denen neue Werkzeuge abgemustert werden, die Kurzzeitstabilität des eingestellten Prozesses untersuchen und bewerten können. Hierbei werden in einem kurzen, ununterbrochenen Fertigungslauf Einflüsse der Maschine betrachtet, die möglichst nur nicht-systematischer Natur sein sollten. Das Konzept macht sich die Datenschnittstelle ¿Representational State Transfer Application Programming Interface¿ (REST-API) des im Unternehmen eingesetzten ¿Manufacturing Execution System¿ (MES) zu Nutze, um die Daten in das Software-Konzept zu laden. Sämtliche Spritzgussmaschinen im Produktionsumfeld sind mit dem MES verbunden, welches kontinuierlich Prozessdaten der laufenden Maschinen aufzeichnet und in einer zentralen Datenbank speichert, womit die Verwendung eines Speichermediums für den Datentransfer von der Maschine in das Bewertungsprogramm hinfällig ist. Zu Beginn werden grundlegende Anforderungen an die Datenqualität thematisiert und die Datenerfassung in einem inhomogenen Maschinenpark dargelegt. Mitunter wurden auch unterschiedliche Steuerungsgenerationen der vorhandenen Spritzgussmaschinen und die bei der Datenübertragung auftretenden Latenzen untersucht. Abweichungen von den definierten Anforderungen wurden aufgezeigt, in Kooperation mit dem Maschinenhersteller und dem Anbieter des MES behoben oder gegebenenfalls im Rahmen des Software-Konzepts kompensiert. Um die einheitliche Bewertung der Prozessstreuung eines möglichst nur zufällig streuenden Spritzgießprozesses zu ermöglichen, erfolgt zunächst eine Auswahl der für die Formteilqualität relevanten Prozessgrößen. Für die Erkennung von systematischen Einflüssen wird ein Algorithmus präsentiert, der auf der diskreten Fourier-Transformation (DFT) beruht. Für die Bewertung der Streuung wurden Streugrenzen im Zuge einer umfassenden explorativen Datenanalyse ermittelt. Dabei wurden die Interquartilsabstände (IQA) von sämtlichen Serienprozessen in der Produktion, die nachweislich Gutteile produzierten, in einem zweimonatigen Betrachtungszeitraum ausgewertet. Das Ergebnis ist eine Vielzahl an IQA je Parameter, Material, Maschinensteuerung und weiterer Einflussfaktoren. Im Software-Konzept werden die Streugrenzen, welche auf diesen IQA beruhen, mit der gesamten Streubreite des Prozesses im momentanen Probelauf verglichen. Zudem werden die Empfehlungen aus der Literatur, prozentuale allgemeine Richtwerte zu verwenden, mit den Ergebnissen des IQA-Ansatzes gegenübergestellt. Abschließend wurde das Software-Konzept samt den ermittelten Streugrenzen und dem DFT-Algorithmus in der Praxis validiert.

AB - Das Spritzgießen ist ein komplexer Prozess, bei dem die Qualität des gefertigten Formteils von vielen Maschinen- und Prozessparametern abhängt. Um eine Kontrolle und die Überwachung des Spritzgießprozesses zu ermöglichen, ist die Erfassung von Prozessdaten erforderlich. Basierend auf diesen kann der Prozess auf Stabilität überprüft werden, welche eine Voraussetzung für weitere Analysen, wie beispielsweise der Prozessfähigkeit, ist. Neben der grundlegenden Erfassung der Daten spielt die Qualität jener eine große Rolle für die Zuverlässigkeit der darauf basierenden Analysen. Diese Arbeit befasst sich im Kern mit der Entwicklung eines Software-Konzepts, mit dem Produktionstechniker, während Probeläufen, in denen neue Werkzeuge abgemustert werden, die Kurzzeitstabilität des eingestellten Prozesses untersuchen und bewerten können. Hierbei werden in einem kurzen, ununterbrochenen Fertigungslauf Einflüsse der Maschine betrachtet, die möglichst nur nicht-systematischer Natur sein sollten. Das Konzept macht sich die Datenschnittstelle ¿Representational State Transfer Application Programming Interface¿ (REST-API) des im Unternehmen eingesetzten ¿Manufacturing Execution System¿ (MES) zu Nutze, um die Daten in das Software-Konzept zu laden. Sämtliche Spritzgussmaschinen im Produktionsumfeld sind mit dem MES verbunden, welches kontinuierlich Prozessdaten der laufenden Maschinen aufzeichnet und in einer zentralen Datenbank speichert, womit die Verwendung eines Speichermediums für den Datentransfer von der Maschine in das Bewertungsprogramm hinfällig ist. Zu Beginn werden grundlegende Anforderungen an die Datenqualität thematisiert und die Datenerfassung in einem inhomogenen Maschinenpark dargelegt. Mitunter wurden auch unterschiedliche Steuerungsgenerationen der vorhandenen Spritzgussmaschinen und die bei der Datenübertragung auftretenden Latenzen untersucht. Abweichungen von den definierten Anforderungen wurden aufgezeigt, in Kooperation mit dem Maschinenhersteller und dem Anbieter des MES behoben oder gegebenenfalls im Rahmen des Software-Konzepts kompensiert. Um die einheitliche Bewertung der Prozessstreuung eines möglichst nur zufällig streuenden Spritzgießprozesses zu ermöglichen, erfolgt zunächst eine Auswahl der für die Formteilqualität relevanten Prozessgrößen. Für die Erkennung von systematischen Einflüssen wird ein Algorithmus präsentiert, der auf der diskreten Fourier-Transformation (DFT) beruht. Für die Bewertung der Streuung wurden Streugrenzen im Zuge einer umfassenden explorativen Datenanalyse ermittelt. Dabei wurden die Interquartilsabstände (IQA) von sämtlichen Serienprozessen in der Produktion, die nachweislich Gutteile produzierten, in einem zweimonatigen Betrachtungszeitraum ausgewertet. Das Ergebnis ist eine Vielzahl an IQA je Parameter, Material, Maschinensteuerung und weiterer Einflussfaktoren. Im Software-Konzept werden die Streugrenzen, welche auf diesen IQA beruhen, mit der gesamten Streubreite des Prozesses im momentanen Probelauf verglichen. Zudem werden die Empfehlungen aus der Literatur, prozentuale allgemeine Richtwerte zu verwenden, mit den Ergebnissen des IQA-Ansatzes gegenübergestellt. Abschließend wurde das Software-Konzept samt den ermittelten Streugrenzen und dem DFT-Algorithmus in der Praxis validiert.

KW - injection molding

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M3 - Masterarbeit

ER -