Projekttr?ger

Bayerische Forschungsstiftung

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Projektzeitraum

2024-2027??

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Projektbeschreibung

Die Erstellung von Produktionsketten, in denen die Maschinen über Firmengrenzen hinweg miteinander reden und sich selbstst?ndig an neue Erfordernisse anpassen ist eine Aufgabe von herausfordernder Komplexit?t. Dieser Aufgabe stellt sich der Verbund FORinFPRO mit der Kombination traditioneller Steuerung und Regelung und moderner KI- Methoden.

Nachhaltige Produktion fordert Ressourcen- und Energieeffizienz, geringe Emissionen, die Reduktion von Ausschuss und die Verwendung von Recyclingmaterial. Jedoch kann die Qualit?t von Recyclingmaterial von Charge zu Charge stark schwanken. Gleichzeitig rückt auch die effiziente Produktion von Kleinserien mit ihren h?ufigen ?nderungen der Anforderungen in den Fokus der Anwender. Fertigungsprozesse hingegen sind oft nicht auf all diese Erfordernisse ausgelegt.

Die Projektpartner des Projekts FORinFPRO werden es Fertigungsprozessen erm?glichen, selbstst?ndig auf neue Erfordernisse, schwankende Materialqualit?t, knappe Ressourcen und schwankende Energiepreise zu reagieren. Als Beispiel dient ihnen ein Bauteil, das in einem mehrstufigen Prozess aus recycelten Kohlefasern und verschiedenen Kunststoffen hergestellt wird. Daran erforscht FORinFPRO die Anwendung einer Kombination des klassischen ingenieurwissenschaftlichen Ansatzes einer modellbasierten Steuerung und Regelung, andererseits legt die hohe Komplexit?t einen auf Big Data und Machine Learning basierenden Ansatz nahe.

Als Ergebnis entsteht eine generelle Herangehensweise, mit der komplexe Fertigungsprozesse auch über Firmengrenzen hinweg robust und flexibel gegenüber neuen Anforderungen und die Verwendung nachhaltiger Materialien und Energiequellen attraktiv gemacht werden.

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Projekttr?ger

Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)

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Projektzeitraum

2023 - 2025?

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Projektbeschreibung

Mikroaktoren erreichen schnelle und pr?zise Bewegungen im Mikro- und Millimeterbereich durch effiziente Wirkprinzipien wie Piezoelektrizit?t, Elektrostatik und Magnetismus. Im Gegensatz zu makroskopischen Aktoren ist deren Bewegungsraum allerdings aufgrund von Rückstellkr?ften durch mechanische Federn in der Regel stark beschr?nkt. Um diese Restriktion zu umgehen, wurden im DFG-Projekt Kick & Catch zwei auf frei beweglichen Massen basierende Mikroaktorsysteme untersucht, welche jeweils gro?e lineare oder rotatorische Bewegungen erm?glichen. Die Aktorsysteme beruhen dabei auf kooperativer Zusammenarbeit mehrerer Mikroaktoren und sind multistabil, ben?tigen also keine Energiezufuhr, um mehrere vordefinierte Ruhelagen stabil halten zu k?nnen. Multistabile Aktorsysteme mit gro?em Arbeitsbereich stellen die Grundlage für die Entwicklung fortgeschrittener Anwendungen und Einsatzgebiete von Mikroaktoren dar.

Das ebenfalls durch die DFG gef?rderte Folgeprojekt ADOPT baut auf den Ergebnissen der ersten Projektphase auf und erforscht die Integration der linearen und rotatorischen Aktoren zu einem komplexen Aktorsystem. Dieses soll als Mikrospiegel fungieren und sowohl gro?e rotatorische Bewegungen erzielen, als auch in seiner vertikalen Position verstellbar sein k?nnen. Durch den Zusammenschluss mehrerer dieser Aktoren zu einem Array entsteht dadurch ein Mikrospiegelsystem – ?hnlich dem Hauptspiegel des James-Webb-Teleskops – welches durch die Anpassung der Krümmung insbesondere Terahertzstrahlung sowohl refokussieren als auch gezielt umlenken kann. Die Herausforderungen zu Design, Modellierung, Untersuchung der Kopplungseffekte, sowie der effizienten Regelung wird in Kooperation mit Projektpartnern der Universit?ten Freiburg und Bochum, sowie der Jade Hochschule bew?ltigt. Der Lehrstuhl für Regelungstechnik der Universit?t Augsburg entwickelt hierfür insbesondere Algorithmen zur Systemidentifikation und Regelung, welche klassische Methoden mit denen aus dem Bereich des maschinellen Lernens kombiniert.

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Projekttr?ger

Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie

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Projektzeitraum

2022 - 2025??

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Projektbeschreibung

Gemeinsam mit der ATOMA GmbH erforscht der Lehrstuhl für Regelungstechnik in der Ingenieurinformatik die Anwendung moderner KI-Methoden für Kombinationswaagen. Kombinationswaagen werden eingesetzt, um Güter wie beispielsweise Lebensmittel schnell und pr?zise zu portionieren. Dazu werden in mehreren W?gezellen Teilmengen erfasst und vorteilhaft zu einer Gesamtmenge kombiniert.

Hohe Anforderungen an Genauigkeit und Prozessgeschwindigkeit und der breite Einsatzbereich machen Kombinationswaagen zu einem herausfordernden Anwendungsgebiet lernender Verfahren.??Das breite Güterspektrum, das mit Kombinationswaagen portioniert wird, macht die Nutzung qualitativer Messungen im Regelprozess notwendig. Die Verbindung dieser qualitativen Daten mit quantitativen Gr??en stellt eine gro?e Herausforderung für lernende Regelverfahren dar. Trotz dieser Heterogenit?t muss Geschwindigkeit, Pr?zision und Zuverl?ssigkeit der Waage durch die Regelung gew?hrleistet werden.??

Für alle geplanten Vorhaben wird eine umfangreiche Datenbasis ben?tigt, die ebenfalls im Rahmen des Projektes entstehen soll. Dazu müssen die bestehenden Maschinen um die notwendige Infrastruktur erweitert und eine geeignete Datenaufbereitung entwickelt werden.

Zus?tzlich soll ein Framework zum Training eines digitalen Zwillings entwickelt werden, der es erm?glichen soll, die Entwicklung und Wartung solcher Maschinen zu optimieren und als Testumgebung für neue Regelungsans?tze für Kombinationswaagen dienen soll.

Projekttr?ger

Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)

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Projektzeitraum

2022 - 2024??

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Projektbeschreibung

Die berührungslose Manipulation von Flüssigkeitstropfen und sensiblen Festk?rpern durch akustische Levitationsmethoden hat zahlreiche Anwendungen in der Chemie, Pharmazie, Biologie und Mikroelektronik. In den letzten Jahren haben aktuelle Fortschritte in der akustischen Levitation die kontrollierte Bewegung schwebender Objekte in 3D erm?glicht, aber unerwünschte Schwingungen behindern einige Anwendungen, die eine hohe Pr?zision der Bewegung erfordern. Um die Bewegungsgeschwindigkeit zu erh?hen und unerwünschte Schwingungen zu reduzieren, werden wir die Anwendung von Steuerungs- und Regelungssystemen im Zusammenhang mit der akustischen Levitation untersuchen. Bei dieser Untersuchung wird das Fachwissen der deutschen Gruppe auf dem Gebiet der Regelungstechnik mit dem Fachwissen der brasilianischen Gruppe auf dem Gebiet der akustischen Levitationssysteme kombiniert. In dieser Studie werden flüssige und feste Objekte durch ein akustisches Levitationssystem, bestehend aus einem phasengesteuerten Array von Ultraschallwandlern geringer Leistung, levitiert und manipuliert. Es werden regelungstechnische Methoden wie Feed Forward Control und H-Infinity Control angewandt, um sowohl die Oszillation zu reduzieren als auch die Bewegungsgeschwindigkeit des levitierenden Objekts zu erh?hen.Die Untersuchung gliedert sich in drei Teile. Zun?chst wird ein geeignetes akustisches Levitationssystem entworfen und ein entsprechendes White-Box-Modell erstellt, dessen Parameter mit Hilfe von Systemidentifikationsmethoden experimentell bestimmt werden. Anschlie?end verwenden wir das erstellte Modell, um ein Steuerungssystem zur Manipulation von Festk?rpern und Flüssigkeiten zu entwickeln. Diese Ergebnisse werden für die Entwicklung einer kamerabasierten Echtzeit-Positionsregelung genutzt, um Modellfehler und Prozessst?rungen wie akustische Str?mungen zu behandeln. Die Verbesserungen des geregelten Prozesses werden anhand von Kriterien wie dem absoluten Positionsfehler, der Maximalgeschwindigkeit und der Schwingungsamplitude bewertet. Schlie?lich wird das neue Levitationssystem in eine SAXS-Anlage (Small-Angle X-ray Scattering) integriert, um levitierte Substanzen in der Luft handhaben, mischen und analysieren zu k?nnen.

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Link zur Website der DFG