Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Visuelles Fügeassistenzsystem

Aktuell erfolgt in der mechanischen Fügetechnik die Ermittlung geeigneter Fügeparameter überwiegend erfahrungsbasierend und experimentell. Besonders bei Designänderungen ist diese experimentelle Parameterermittlung und -optimierung ein wesentlicher Zeit- und Kostenfaktor. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines solver- und verfahrensunabhängigen Fügeassistenzsystems, das auf Basis von multivariaten Fügeprozesssimulationsdaten den funktionalen Zusammenhang zwischen Prozesseinflussgrößen und nutzerdefinierten Ergebnisgrößen wie Fügepunktgeometrie, Rissbildung oder Werkzeugbelastung als 2D-Querschnittsmodell in Echtzeit visualisiert. Als Datenbasis für die Entwicklung werden 10.000 numerisch generierte Datensätze für das Halbhohlstanznieten von Aluminium- bzw. Stahl-Zweiblechverbindungen aus dem EFB-Projekt 01/117 genutzt. Das Assistenzsystem soll sowohl für andere mechanische Fügeverfahren anwendbar sein als auch eine Beschreibung und Visualisierung von firmeneigenen simulativ generierten Datensätzen ermöglichen. Für die Zielerreichung werden Schnittstellen für den Datenimport auf Basis von Output-Formaten gängiger FEM-Systeme geschaffen. Nach einer Datenreduktion kann der Zusammenhang zwischen Prozessparametern und dimensionsreduzierten FE-Ergebnisgrößen durch Metamodellierung hergestellt werden. Im Anschluss erfolgen die Modellvalidierung und der Aufbau eines Software-Demonstrators. Im Ergebnis wird der Softwaredemonstrator inklusive Datenbasis für das Halbhohlstanznieten den Anwendern zur Verfügung gestellt. Dadurch profitieren insbesondere KMU, denen bisher wegen fehlender Entwicklungskapazitäten eine schnelle Ermittlung von Technologieparametern nicht oder nur begrenzt zugänglich war. Die beteiligten KMU-Softwarefirmen verfolgen das Ziel, die Ergebnisse in ihren Softwareprodukten zu integrieren.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsprojekt wurde eine Methode entwickelt, mit der es möglich ist komplette Fügepunkte für das Halbhohlstanznieten zu prognostizieren. Alle Programmierungen münden im sogenannten Softwaredemonstrator, der als Projektergebnis zu Verfügung gestellt wird. Dieser ermöglicht dem Anwender durch intuitives Einstellen der Eingabeparameter (Blecheigenschaften, Matrizen- und Nietgeometrie) per Schieberegler sich die Auswirkungen auf die Fügekontur darstellen zu lassen. Darüber hinaus kann eine Belastungsanalyse über verschiedene prognostizierte Ausgabegrößen (Umformgrad, max. Hauptspannung, Schädigung, etc.) durchgeführt werden. Somit unterstützt der Softwaredemonstrator beim zeit- und kostenintensiven Bemusterungsprozess (Wahl unterschiedlicher Matrizen- und Nietparameter bei gleichbleibenden Blecheigenschaften) und kann für eine Kompromissauslegung (Blecheigenschaften variabel, Matrizenparameter fix) verwendet werden, um beispielsweise Matrizenwechsel zu minimieren.

Aufbauend auf validierten Simulationsrechnungen wurde in einem früheren IGF-Projekt der Forschungseinrichtung eine Variantensimulationsdatenbasis geschaffen, auf die zurückgegriffen wurde. Diese knapp 2400 Simulationen stellen die Basis des vorliegenden Projekts dar. Aufgrund der breiten Streuung der integrierten Parameter (beispielsweise Verwendung von C- und P-Nietformen in Längen zwischen 4 und 6 mm) ist für die notwendige Vergleichbarkeit der Simulationen eine Standardisierung hinsichtlich Elementanzahl und Netzstruktur implementiert. Nachfolgend werden die Datenumfänge mittels linearer Hauptkomponentenanalyse auf 1,5 % reduziert und für jede der 30 so erzielten Hauptkomponenten eine individuelle polynomiale Approximation durchgeführt. Nach Rücktransformation der Ergebnisse lassen sich die Fügepunkte inklusive Ausgabegrößen prognostizieren und im Softwaredemonstrator visualisieren.