Constraint-basierte Modellierung und Exploration von fertigungstechnischen Lösungsräumen am Beispiel von Tailored Forming

Autor: Kevin Herrmann

978-3-69030-007-0

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2024

Herausgeber der Reihe: Roland Lachmayer

Band-Nr.: IPEG 08/2024

Umfang: 190 Seiten, 55 Abbildungen

Schlagworte: Design for X, Tailored Forming, Constraint Satisfaction Problem, Herstellbarkeitsanalyse, Mehrstufige Fertigungsprozesskette

Kurzfassung: Angesichts der steigenden Produkt- und Fertigungskomplexität in der Industrie steht die fertigungsgerechte Produktgestaltung mehr denn je im Fokus. Diese Komplexität resultiert aus diversen Anforderungen wie Produktindividualisierung, nachhaltiger Produktion und der Integration neuer Materialien und Technologien. Diese Trends erfordern innovative Ansätze zur Bewältigung der Diskrepanz zwischen Konstruktion und Fertigung, insbesondere in mehrstufigen Fertigungsprozessketten.

Im Rahmen dieser Arbeit wird das Portfolio of Capability Constraint Network (PCCN) vorgestellt. Das Modell zielt darauf ab, einen umfassenden fertigungstechnischen Lösungsraum zu modellieren und zu explorieren. Durch die Verknüpfung des Wissens über Fertigungsstufen und -fähigkeiten in einem Constraint-Netzwerk ermöglicht das PCCN die modulare Zusammenstellung von Fertigungsprozessketten und die Integration komplexer Prozesswechselwirkungen.

Damit kann eine Herstellbarkeitsanalyse im Kontext mehrstufiger Fertigungsprozessketten über eine Exploration des Constraint Netzwerks realisiert werden. Um die Anwendung in der Konstruktionspraxis zu erleichtern, wird ein wissensbasiertes System entwickelt, das ausgehend von einem CAD-Geometriemodell automatisiert Lösungsstrategien für aufkommende Fertigungskonflikte generiert. Der Value Limit Arc Consistency (VLAC) Algorithmus, eine Neuentwicklung dieser Arbeit, ermöglicht eine effiziente Lösung der komplexen Constraint Satisfaction Problems (CSPs), die durch die Modellierung von Fertigungsprozessketten entstehen. VLAC verbessert die Constraint Propagation und gewährleistet sowohl Kanten- als auch partielle Pfadkonsistenz, was ihn von bestehenden Algorithmen abhebt.

Die praktische Anwendung und Validierung des PCCN sowie des wissensbasierten Systems wird einer spezifischen Tailored Forming-Prozesskette demonstriert. Die Ergebnisse verdeutlichen, wie der Ansatz die Modellierungs- und Explorationsherausforderungen moderner Fertigungsprozesse bewältigen und zur fertigungsorientieren Optimierung von Produktentwürfen beitragen kann.