Qualität 4.0 am Beispiel Katapult Quality Science Lab€¦ · Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem1, 2 ,...

Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem1, 2 , Dipl.-Phys. Klaus Seiffert1, M.Sc. Patrick Drange2

1Technische Universität Berlin, Fachgebiet Qualitätswissenschaft2Fraunhofer Institut für Produktionsanalgen und Konstruktionstechnik (IPK), Geschäftsfeld Qualitätsmanagement

Qualität 4.0 am Beispiel Katapult

Quality Science Lab

Phasen der Industrialisierung

Symbolbilder: Wikimedia

Qualität 4.0 am Beispiel Katapult – Quality Science Lab | K. Seiffert, P. Drange

Seite 2 | 17.10.2016

2. Elektrizität1. Dampfmaschine

Industrielle

Revolutionen

Entwicklung der

Qualitätssicherung

3. IT 4. CPS

1750 1900 1950 2013

Q-Kontrolle

Q-Sicherung

QM

Quality Science Lab

Q-Sicherung 4.0

TQM

Q-Manager 2020

Phasen der Industrialisierung

Symbolbilder: Wikimedia


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2. Elektrizität1. Dampfmaschine

Industrielle

Revolutionen

Entwicklung der

Qualitätssicherung

3. IT 4. CPS

1750 1900 1950 2013

Q-Kontrolle

Q-Sicherung

QM

Quality Science Lab

Q-Sicherung 4.0

TQM

Q-Manager 2020

Trends der Industrie 4.0 und die Chancen für die

Qualitätssicherung

Big Data

Smart Data

Losgröße 1

CPS

Horizontale IT-

Integration

INDUSTRIE

4.0

Vertikale

IT-Integration

Human-Machine

Interaction

Fokus: Qualität in der Industrie 4.0

Inline Messung der

Losgröße 1

Zustandsorientierte

Instandhaltung

QUALITÄT

Lernende

Produktionsprozesse

Echtzeit-

Prozessparametersteuerung

Eigenständiger

KVP bei CPS

Kundenintegration

Intelligente

Q-Assistenzsysteme

…


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CPS: Cyber-physisches System

KVP: Kontinuierlicher Verbesserungsprozess

Qualität

In der

Industrie 4.0

Q-Assistenzsysteme

Automatisierte

Q-Sicherung

Echtzeit

Q-Steuerung durch

Prozessparameter

Zustandsorientierte

InstandhaltungAutomatisierte

Q-Analyse

Produktion

Beschaffung

Entwicklung Montage

Nutzung

Wartung/

ReparaturRecycling

Konzeptqualität

Zulieferqualität

Feldqualität

MontagequalitätProduktionsqualität

Daten als Schlüssel für die Qualität in der Industrie 4.0

Cyber-

physische

Systeme

(CPS)

Prozess- &

IT-

Integration

Mensch

Maschine

Produkt Maschine Mensch

Produkt

Produkt

Maschine

PLM

SPS

MEL

ERP

CAQCAQ

ERP

PLMSPS

MEL

ERP

CAQCAQ

PLM

DATEN

Vo

r-&

Na

ch

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Da

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Fra

me

wo

rk

Q-Echtzeitwissen


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Qualitätswissenschaft in der Industrie 4.0


Seite 6 | 17.10.2016

… zum cyber-physischen

System „Katapult 4.0“

Embedded Systems/

Aktoren/Sensoren

Vom klassischen DoE-Lerninstrument

„Katapult“ …

Zielstellung des Quality Science Lab

Das Katapult 4.0 als cyber-physisches System

• Variation von Inputparametern

• Optimierung der Ausgangsparameter

• Methodenlehre für Studierende

+ Internet of things für DoE-Methodik+ Individuelle Ballproduktion+ Erprobung der Qualität in der

Industrie 4.0


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Zielstellung des Quality Science Lab

Das Katapult 4.0 als cyber-physisches System


Seite 8 | 17.10.2016

Aufbau des Quality Science Lab

Die Anlage im Überblick

3590 mm

1400 mm

2090 mm


Seite 9 | 17.10.2016

Aufbau des Quality Science Lab

Die Anlage im Überblick


Seite 10 | 17.10.2016

Quality Science Lab

Module der Smart Micro Factory


Seite 11 | 17.10.2016

Aufnahme der

Kunden-

anforderungen

3D-Druck

Digitalisierung

(3D-Scan)

Nach-

bearbeitung

Katapult

Qualitätssicherung/-optimierung durch Überwachung der

Prozessparameter (in Echtzeit)

Qualitätssicherung/-optimierung durch Überwachung der

Prozessparameter (in Echtzeit)

Quality Science Lab

Module der Smart Micro Factory


Seite 12 | 17.10.2016

Aufnahme der

Kunden-

anforderungen

3D-Druck

Digitalisierung

(3D-Scan)

Nach-

bearbeitung

Katapult

Quality Science Lab

Das Katapult 4.0 und die Ballproduktion als Prozesskette


Seite 13 | 17.10.2016

DoE VersucheBallproduktion

TCP/IP TCP/IP

TCP/IP, ETHERCAT, PROFINET

NachbearbeitungDigitalisierung3D Druck

TCP/IP

Katapult

ServerAuftragsassistent Versuchsplanung

Quality Science Lab

Automatisierter 3D-Druck

Automatisierter 3D-Druck (Dargestellt: Echtzeitauswertung der Qualität und Ablösung)


Seite 14 | 17.10.2016

Quality Science Lab

Transformation Daten zu Qualitätswissen

Über die Ausprägung der Prozessparameter in Echtzeit wird die Qualität des

Produktes bestimmt, bei Abweichungen entgegengeregelt sowie die weiteren

Prozessschritte festgelegt.

Schichtdicke

Min. Abkühlzeit pro Schicht

Druckplattentemperatur

Max. Lüftergeschwindigkeit

Druckgeschwindigkeit

Druckgeschwindigkeit der 1. Schicht

Werkstoffzuführung

Abstandssensor

Ermittlung aus der

Sensorik des Druckers

Beschleunigungs-

sensor

Optischer Sensor

Pro

ze

ss

pa

ram

ete

rS

en

so

ren

Transformation der

DATEN zu

Q-WISSEN


Seite 15 | 17.10.2016

Quality Science Lab

Qualitätscockpit


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Überwachung und Steuerung der Produktqualität über Prozessparameter

•Qualitätscockpit: Prozessdaten in Echtzeit und automatisierte Bestimmung der Produktqualität

•Messung innerhalb der Fertigungslinie („Inline-Messung“) von individuellen Produkten

SMED / Rüstzeitminimierung und Wandelbare Fabrik

•Flexibel und intelligent vernetzbare Module durch Standardisierung der Feldbusinfrastruktur

•Umsetzung eines zentralen Kommunikationsmoduls zur übergeordneten Informationsverteilung

Zentralisierung der Informationen und Dezentralisierung des Prozessablaufs

•Zentrale Datenhaltung durch Hadoop (Big Data) und Datenanalyse zur Schaffung von Q-Wissen

•RFID-Werkstückträger für die Intelligenz des Produktes bezüglich seiner Qualität und der Fertigung

Flexibilisierung der Produktion

•Automatischer Werkzeugwechsel beim Roboter zur Sicherung der Prozessqualität

•Flexibilisierung der standardisierten Prozesse

Nachhaltigkeit

•Schließen des Rohstoffkreislaufs durch Recyclebot für Filament-Reste beim 3D-Druck

Aktuelle Schritte im Quality Science Lab


Seite 17 | 17.10.2016

Ansprech- und Projektpartner des QSL

Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem

Leiter des Fachgebietes

Qualitätswissenschaft, TU Berlin

Direktor Qualitätsmanagement am

Fraunhofer IPK

Dipl.-Phys. Klaus Seiffert

Fachgebiet Qualitätswissenschaft

IWF TU Berlin

E-Mail: [email protected]

Tel: +49 30 314 23565

Qualität 4.0 am Beispiel Katapult – Quality Science Lab | K. Seiffert, P. DrangeSeite 18 | 17.10.2016

M.Sc. Patrick Drange

Fachbereich Qualitätsmanagement

IPK Fraunhofer Berlin

E-Mail: [email protected]

Tel: +49 30 39006 311

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