Die digitale Regelung und Vernetzung von Maschinen ist in der Kunststoffindustrie inzwischen gängige Praxis. Neue digitale Methoden reichen von Datenerfassung bis zu KI-basierter Entwicklung neuer Materialien und Prozesse sowie KI-basierter Produktion. Die automatische Analyse großer Datenmengen, macht prozessnahe Daten für die Prozessregelung, Weiterentwicklung bestehender Simulationsmodelle und für Machine Learning nutzbar und erlaubt ein immer besseres Verständnis der Prozesse. Die Digitalisierung ermöglicht die Vernetzung und Neugestaltung der Wertschöpfungskette. Daten zu einem bestimmten Material können von Akteur zu Akteur weitergegeben werden und beispielsweise in die Regelung nachgelagerter Prozesse einfließen und zum Aufbau gesamtheitlicher, steuerbarer Produktionssysteme genutzt werden. Damit leistet die Digitalisierung auch einen ganz entscheidenden Beitrag zu Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit.

Digitalisierung am IKV

Das IKV ist im Bereich Digitalisierung in der Kunststoffindustrie weltweit wissenschaftlich führend und ein zukunftsweisender Forschungs- und Entwicklungspartner für Wissenschaft, Wirtschaft und innovative Start-ups. Am Campus Melaten wird derzeit mit dem Plastics Innovation Center 4.0 (PIC 4.0) eine vollständig digitalisierte Forschungsinfrastruktur zur umfassenden und praxisnahen Forschung an Themen der Digitalisierung in der Kunststoffproduktion geschaffen. Als kompetenter Ansprechpartner bietet das IKV mit der Smart-Facotry die Infrastruktur für Test-Beds zur Entwicklung neuer digitaler Methoden. Ziel ist neben der Befähigung der Kunststoffindustrie zum kompetenten Umgang mit Digitalisierungsmethoden die Ausbildung von Nachwuchskräften mit Industrie 4.0-Kompetenz.

Die im folgenden beschriebenen Projekte zeigen einen Ausschnitt aus dem IKV Projektportfolio zur Digitalisierung.

Exzellenzcluster „Internet of Production“

Dem Internet of Production (IoP) liegt die Vision zugrunde, ein neues Niveau der domänenübergreifenden Kollaboration zu ermöglichen, indem semantisch adäquate und kontextbezogene Daten aus Produktion, Entwicklung und Nutzung in Echtzeit und angepasster Granularität zur Verfügung gestellt werden. Den zentralen wissenschaftlichen Ansatz hierfür stellen Digitale Schatten als anwendungsspezifisch aggregierte und multi-perspektivische Datensätze dar. Im Exzellenzcluster IoP wird dafür eine konzeptionelle Referenzinfrastruktur entworfen und implementiert. Das IKV ist Teil des Exzellenzclusters IoP, in dem Aachens renommierte Wissenschaftler aus Produktionstechnik, Informatik, Werkstoffwissenschaften sowie der Wirtschaftswissenschaften gemeinsam die interdisziplinären Herausforderungen adressieren.

Polymer Excellence: Weiterbildungsplattform für die kunststoffverarbeitende Industrie

Das zentrale Ziel von PolyEx ist die Entwicklung einer vernetzten, digitalen Plattform für Weiterbildungsangebote innerhalb des kunststoffverarbeitenden Gewerbes. Neben der Weiterbildung in einschlägigen Industrieberufen geht es insbesondere um technisch orientierte Handwerksberufe, in denen ein signifikantes Maß an Verständnis des Werkstoffs Kunststoff erforderlich ist. Hinter der Plattform soll eine künstliche Intelligenz (KI) stehen, mit der der Nutzer seinen persönlichen Weiterbildungsweg so steuern kann, dass er eine maßgeschneiderte Weiterbildung erhält, in die individuelle Interessen und Fähigkeiten bestmöglich integriert sind. Darüber hinaus sollen unternehmensseitige Anforderungen an das Fähigkeitsprofil der Nutzer integriert und berücksichtig werden, um die Individualisierung der Plattform zu erhöhen. Neben Weiterbildungsangeboten des IKV werden Angebote der POLYSAX Bildungszentrum Kunststoffe GmbH und des Schweriner Aus- und Weiterbildungszentrums saz sowie weiterer Partner abrufbar sein.

Ganzheitliche KI-basierte Optimierung von Kunststoffverpackungen mit Rezyklatanteil

Im Projekt KIOptiPack sollen praxisreife KI-gestützte Werkzeuge für das erfolgreiche Produktdesign sowie die qualitätsgerechte Produktion von Kunststoffverpackungen mit hohem Rezyklatanteil in einem KI-Anwendungs- und Datenraum bereitgestellt, validiert und in die Anwendung überführt werden. Dies wird mit der Bildung einer zentralen Netzwerkplattform für das Wertschöpfungsengineering verknüpft. Das Projekt und die darin entwickelten Werkzeuge beziehen die gesamte Wertschöpfungskette vom Sekundärrohstoff über die Material- und Verpackungsentwicklung, die Prozessauslegung, die Verpackungsproduktion bis hin zu zur Abfallsammlung und Aufbereitung ein.

Weitere Forschungsprojekte im Bereich der Digitalisierung

  • CoSiMa – Verbindung von Simulation und Maschine zur Optimierung des Produktionsprozesses von Spritzgussteilen
  • Effizienzsteigerung bei der Einrichtung und der Fehlerbehebung von PUR-RIM-Prozessen durch eine sensorbasierte Prozessüberwachung
  • Entwicklung eines Regelungskonzeptes zur verbesserten Prozessführung in der Schaumextrusion durch Inline-Erfassung und Klassifizierung der Schaumstruktur mittels digitaler Bildverarbeitung
  • Excellenzcluster „Internet of Production“ CRD A.2 – Conceptual Foundations of Digital Shadows
  • Excellenzcluster „Internet of Production“ CRD B.2 – Adaptive Discontinuous Manufacturing
  • Erhöhung der Prozesskontrolle in der Pultrusion mit hochreaktiven Matrixmaterialien zur Reduktion von Ausschuss und Ausfallzeiten mithilfe eines datenbasierten Prozessüberwachungssystems
  • KI assists KMU – KI-gestützte virtuelle Assistenz in der Produktion bei KMU
  • Phasenübergreifende Prozessführungskonzepte beim Spritzgießen unter Nutzung moderner Regelungsstrategien
  • PIC – Plastics Innovation Center 4.0
  • Simulative Auslegung von Kautschukextrusionswerkzeugen unter Berücksichtigung der Belastungshistorie im Extruder sowie Fließanomalien
  • Sonderforschungsbereich 1120 Teilprojekt B03 – Selbstoptimierende Prozessregelungsstrategien für eine hochsegmentierte Werkzeugtemperierung beim Spritzgießen
  • Steigerung der Produktivität und der Folienqualität in der Flachfolienextrusion durch Vermeidung der Belagsbildung auf Kühlwalzen mithilfe eines mit einem optischen Inspektionssystem gekoppelten Walzenreinigungssystems
  • Thermische Homogenisierung der Vorverteilung in Wendelverteilerwerkzeugen mittels Wärmerohren
  • Entwicklung eines digitalen Zwillings von Thermoformanlagen – Prozessnahe Vorhersage der Wanddickenverteilung von thermogeformten Formteilen
  • Entwicklung einer Online-Erkennung von Chargenschwankungen im Elastomerspritzgießprozess
  • Entwicklung eines datenbasierten Modells zur Vorhersage effektiver mechanischer und thermischer Eigenschaften spritzgegossener teilkristalliner Thermoplaste anhand eines künstlichen neuronalen Netzes
  • Effizientere Plastifizierung durch Vorerwärmung/Trocknung auf Basis von IR-Strahlung
  • Berührungslose Erfassung und Regelung des Vorformlings zur prozesssicheren Produktion im Extrusionsblasformen
  • WIN4KMU – Wegbereiter in die Industrie 4.0 für kleine und mittlere Unternehmen
  • DELFIN – Erforschung alternativer Materialien und Fertigungsprozesse für kostenund gewichtsreduzierte Druckbehälter aus endlosfaserverstärktem Kunststoff

Poster

Übersichtsposter zum Leitthema Digitalisierung

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