Herausforderungen

Herausforderungen, die für Industrie 4.0 zu adressieren sind

In der metallverarbeitenden Industrie allgemein, speziell aber im automobilen Leichtbau, steigt die Diversität der eingesetzten Werkstoffe und der daraus hergestellten Bauteile stetig an. Als Werkstoffe werden zunehmend höchstfeste Stähle, wie PHS (Press-hardened Steel), DP- (Dualphasen), QP- (Quenching and Partitioning) und TWIP-Stähle (Twinning Induced Plasticity) sowie Leichtmetalle (Al, Mg, Ti) eingesetzt, deren Eigenschaften durch komplexe Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse individuell an die bauteilspezifischen Anforderungen bzw. individuellen Kundenspezifikationen (tailored blanks) angepasst werden.

Auch gibt es in der metallverarbeitenden Industrie die Notwendigkeit, aufgrund von Stoffverboten und rechtlichen Rahmenbedingungen in verschiedenen Märkten neue Werkstoffe zu designen und zeitnah einzusetzen. Die Entwicklung eines neuen Werkstoffs, dessen industrielle Herstellung und großserientaugliche Verarbeitung, sowie dessen Reparatur und Recycling sind heutzutage noch wenig vernetzte Teilprozesse. Daher werden oftmals zu hochwertige und kostenintensive Werkstoffe eingesetzt, um »auf der sicheren Seite« bezogen auf die Anforderungen zu sein, obwohl bei ganzheitlicher Betrachtung von Prozessketten auch wirtschaftlichere und ressourceneffizientere Lösungen möglich wären (z. B. Einsatz von Sekundäraluminium oder Verwendung kostengünstiger, hochverfügbarer Legierungselemente). Jeder dieser Teilprozesse erfordert einen erheblichen Entwicklungsaufwand, was der schnellen Einführung neuer Werkstoffe in Produkten entgegenwirkt.

  • ƒƒDie gezielte Einstellung von Werkstoffeigenschaften in der Fertigung gelingt heute bereits für einzelne Fertigungsschritte gut. Es ist absehbar, dass dies zukünftig durchgängig entlang ganzer Prozessketten möglich wird und somit große Effizienzsteigerungen für einzelne Fertigungsschritte erzielt werden können, zum Beispiel durch die Einbeziehung der Chargenschwankung des umzuformenden Halbzeugs beim Tiefziehen.
  • ƒƒDie ganzheitliche Beherrschung der Unsicherheiten entlang der geschlossenen Prozesskette von Auslegung, Entstehung- und Betrieb durch erweiterte Kenntnisse und gezielte Eigenschaftsbeeinflussung entlang dieser Kette wird damit eine kontinuierlich zunehmende Bedeutung für Realisierung und Einsatz wettbewerbsfähiger metallischer Leichtbauprodukte bekommen.
  • Die Komplexität und die Besonderheit liegen in der Verknüpfung von realer Mikrostruktur mit detaillierten Materialmodellen, umfassender  Beanspruchungsermittlung, Bemessungskonzepten und numerischen und experimentellen Simulationswerkzeugen zu einer einheitlichen und durchgängigen Prozesskettensimulation, die hohen Standards an Genauigkeit und Zuverlässigkeit genügt.
  • ƒƒWerkstoffe, Halbzeuge- und Bauteile mit einem sensorisch abrufbaren  semantischen Gedächtnis können helfen, oben genannte Teilprozesse (Entwicklung, Herstellung Verarbeitung, Reparatur, Recycling) zusammenzuführen und, korrespondierend mit einer umfassenden Prozesskettensimulation, ihre Effizienz zu steigern.
  • ƒƒÜber reduzierte Modellansätze können die Daten aus der Prozesskettensimulation direkt in die Prozessregelung eingebunden werden. Zusammen mit  entsprechenden Sensoren ist so beispielsweise die Eigenschaftsverteilung in einem Blech regel- und optimierbar und kann dem nachfolgenden Bearbeiter, der daraus wiederum Blechplatinen für Karosseriebauteile herstellt, digital übermittelt werden.
  • ƒƒAus Sicht der Bauteilfertigung ist immer auch die Kenntnis der Eigenschaften der Vorprodukte notwendig, um optimale Ergebnisse zu erhalten.
  • ƒƒDeshalb wird für die Datenverarbeitung und den Datenaustausch innerhalb und außerhalb von Unternehmen eine Plattform als zentrales Element benötigt, der Materials Data Space®. Dadurch wird die digitale Absicherung der Herstellung, Verarbeitung und Nutzung von der Material- und Halbzeugentwicklung bis hin zum Bauteileinsatz über den gesamten Produktlebenszyklus gewährleistet.