Ausgangssituation

Die im Bereich der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Bereich des Anlagenbaus für regenerative Energien häufig verwendeten Faserverbundwerkstoffe (FVW) erfahren in ihrer Herstellung und Verarbeitung komplexe Verläufe physikalischer Kenngrößen (z. B. Temperatur, Druck, Vakuum). Diese Prozessgrößen sind entscheidend für die Qualität und Verwendbarkeit der gefertigten Bauteile. Die kritischen Belastungen der Bauteile im Einsatz bedingen eine aufwändige Überwachung dieser Prozessgrößen während der Herstellung. Diese Überwachung wird zurzeit mit drahtgebundenen Temperatursensoren, welche manuell an definierten Stellen auf die Bauteile bzw. die Fertigungshilfsmittel aufgebracht werden, durchgeführt. Die verwendeten Sensoren erlauben eine Messung der an der Bauteiloberfläche auftretenden Prozessgrößen. Eine Erfassung der relevanten im Inneren des Bauteils wirkenden Größen ist nicht möglich und stellt eine Quelle für Qualitätsfehler dar.

Aufgrund der gesetzlichen Rahmenbedingungen müssen vor allem im Bereich der Luftfahrt während des Produktentstehungszyklus besonders hohe Qualitätsanforderungen in Bezug auf die Dokumentation des Prozessfortschritts und -verlaufs eingehalten werden. Aktuell werden zu diesem Zweck die hierfür notwendigen Fertigungspapiere extern und manuell mitgeführt. Dies führt zu einem sehr hohen personellen Aufwand für die Steuerung und Durchführung der Fertigungsprozesse.

Ziel des Projektes

Der in diesem Projekt verfolgte Ansatz erfasst zwei wesentliche Aspekte des Einsatzes der RFID-Technologie (Radio Frequenz Identifikation) bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen. Zum einen soll durch eine integrierte Betrachtung des Fertigungsprozesses bei Faserverbundwerkstoffen ein sinnvoller Einsatz der RFID-Technologie evaluiert werden. Dies bedingt sowohl die Auswahl von geeigneten Fertigungsparametern (z. B. Qualitätsinformationen, Dokumentation), die produktindividuell bereitgestellt werden müssen, als auch die anschließende Einbindung in den Gesamtprozess sowie bestehende Verfahren zur Produktionssteuerung. Die RFID-Technologie schließt dabei die Lücke zwischen der physischen Welt und ihrer virtuellen Repräsentation im Informationssystem durch die berührungslose Identifikation eines Objekts.

Zum anderen befasst sich dieses Projekt mit der Anwendung der RFID-Technologie in und an Faserverbundwerkstoffen und versucht dadurch eine weitere technologische Lücke zu schließen. Die technologischen Herausforderungen einer Anbringung eines RFID-Transponders an oder der Integration in ein Bauteil aus Faserverbundwerkstoffen sind die Untersuchung

• der Auswirkungen des Materials auf die Antenneneigenschaften
• der Wellenausbreitung um das Bauteil sowie in das Bauteil hinein und damit des sicheren Auslesens eines integrierten RFID-Transponders
• der zerstörungsfreien Integration eines RFID-Transponders unter den widrigen Umgebungsbedingungen bei der Herstellung des Bauteils
• der Auswirkungen des RFID-Transponders auf die Strukturfestigkeit des Bauteils

Weiterhin wird versucht neben der reinen Identifikation eines Bauteils durch Erweiterung des RFID-Transponders um einen Temperatursensor, ein höheres Nutzenpotenzial zu erschließen. Durch die Überwachung der Temperatur während des Aushärtevorgangs des FVW-Bauteils können lokale Temperaturunterschiede im auszuhärtenden Bauteil, zum Beispiel durch Exothermie, frühzeitig erkannt und seitens des Autoklaven und der Fertigungsmittel durch Gegensteuern ausgeglichen werden. Der Temperaturverlauf während des Aushärtens im Innern des Bauteils lässt Rückschlüsse auf dessen Qualität zu. Messungen des Temperaturverlaufs werden an den Bauteilen schon heute durchgeführt. Eine vergleichende Messung im Innern des Bauteils in der Vorserie wird eine völlig neue Dimension der Prozessstabilität erlauben.

Vorgehensweise

Um die Projektziele zu erreichen, findet zunächst eine ausführliche Analyse bestehender Herstellungsprozesse für Faserverbundbauteile hinsichtlich Informations- und Materialflüssen statt. Darauf aufbauend wird der sinnvolle Einsatz von RFID-Transpondern im Produktionsprozess sowie dessen informationstechnische Einbindung in den Gesamtprozess der Produktentstehung evaluiert und an einem exemplarischen Teilprozess getestet. Parallel dazu werden Möglichkeiten der technischen Integration von Transpondern in Form- und Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen erarbeitet. Daran schließt sich die informationstechnische Einbindung der produktindividuellen RFID-Transponder in den Gesamtprozess der Produktionssteuerung an. Zusätzlich werden die RFID-Transponder um Sensoren zur Online-Protokollierung von Messdaten erweitert. Schließlich findet eine prototypische Umsetzung und damit eine Validierung der Projektergebnisse statt. Diese bildet zusammen mit der betriebswirtschaftlichen Gesamtbewertung des Prozesses den Projektabschluss.

Ein Handzettel zum Thema befindet sich hier

Status

laufend

Laufzeit

07/2009 - 07/2012

Letzte Aktualisierung

11.02.2010

Partner

ACC Technologies GmbH & Co. KG

EADS Innovation Works (www.eads.com)

Eurocopter Deutschland GmbH (www.eurocopter.com)

Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen (www.iis.fraunhofer.de)

Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften

Schreiner LogiData GmbH & Co. KG (www.schreiner-logidata.de)

Tajima GmbH (www.tajima.de)

Förderer

Bayerische Forschungsstiftung (www.forschungsstiftung.de)

Veröffentlichungen

Zäh, M.; Ostgathe, M.: A multi-agent supported, product-based production control. Proceedings of the 7th IEEE International Conference on Control and Automation (ICCA 2009), Christchurch, New Zealand, 09.-11.12.2009, 2376-2383