Qualität 4.0 am Beispiel Katapult Quality Science Lab

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1 Qualität 4.0 am Beispiel Katapult Quality Science Lab Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem 1, 2, Dipl.-Phys. Klaus Seiffert 1, M.Sc. Patrick Drange 2 1 Technische Universität Berlin, Fachgebiet Qualitätswissenschaft 2 Fraunhofer Institut für Produktionsanalgen und Konstruktionstechnik (IPK), Geschäftsfeld Qualitätsmanagement

2 Phasen der Industrialisierung Industrielle Revolutionen 1. Dampfmaschine 2. Elektrizität 3. IT 4. CPS Entwicklung der Qualitätssicherung Q-Kontrolle Q-Sicherung QM Quality Science Lab Q-Sicherung 4.0 Q-Manager 2020 TQM Symbolbilder: Wikimedia Seite

3 Phasen der Industrialisierung Industrielle Revolutionen 1. Dampfmaschine 2. Elektrizität 3. IT 4. CPS Entwicklung der Qualitätssicherung Q-Kontrolle Q-Sicherung QM Quality Science Lab Q-Sicherung 4.0 Q-Manager 2020 TQM Symbolbilder: Wikimedia Seite

4 Trends der Industrie 4.0 und die Chancen für die Qualitätssicherung Kundenintegration Human-Machine Interaction Losgröße 1 CPS Big Data Smart Data INDUSTRIE 4.0 Intelligente Q-Assistenzsysteme Eigenständiger KVP bei CPS Echtzeit- Prozessparametersteuerung QUALITÄT Inline Messung der Losgröße 1 Zustandsorientierte Instandhaltung Vertikale IT-Integration Horizontale IT- Integration Lernende Produktionsprozesse CPS: Cyber-physisches System KVP: Kontinuierlicher Verbesserungsprozess Fokus: Qualität in der Industrie 4.0 Seite

5 Vor- & Nachverarbeitung der Daten Analyse der Daten Datenhaltung mit Big Data Framework Daten als Schlüssel für die Qualität in der Industrie 4.0 Entwicklung Konzeptqualität Zulieferqualität Beschaffung Montage Produktion Montagequalität Produktionsqualität Wartung/ Reparatur Nutzung Recycling Feldqualität Qualität In der Industrie 4.0 Echtzeit Q-Steuerung durch Prozessparameter Q-Assistenzsysteme Automatisierte Q-Sicherung Automatisierte Q-Analyse Zustandsorientierte Instandhaltung Q-Echtzeitwissen Cyberphysische Systeme (CPS) Prozess- & IT- Integration Mensch Maschine MEL PLM SPS CAQ Produkt Maschine Mensch Produkt DATEN MEL ERP PLM ERP SPS PLM CAQ CAQ Produkt Maschine ERP CAQ Seite

6 Seite Qualitätswissenschaft in der Industrie 4.0

7 Zielstellung des Quality Science Lab Das Katapult 4.0 als cyber-physisches System Vom klassischen DoE-Lerninstrument Katapult zum cyber-physischen System Katapult 4.0 Embedded Systems/ Aktoren/Sensoren 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 Seite

8 Zielstellung des Quality Science Lab Das Katapult 4.0 als cyber-physisches System Seite

9 Aufbau des Quality Science Lab Die Anlage im Überblick 2090 mm 3590 mm 1400 mm Seite

10 Aufbau des Quality Science Lab Die Anlage im Überblick Seite

11 Quality Science Lab Module der Smart Micro Factory 3D-Druck Digitalisierung (3D-Scan) Aufnahme der Kundenanforderungen Nachbearbeitung Katapult Qualitätssicherung/-optimierung durch Überwachung der Prozessparameter (in Echtzeit) Seite

12 Quality Science Lab Module der Smart Micro Factory 3D-Druck Digitalisierung (3D-Scan) Aufnahme der Kundenanforderungen Nachbearbeitung Katapult Qualitätssicherung/-optimierung durch Überwachung der Prozessparameter (in Echtzeit) Seite

13 Quality Science Lab Das Katapult 4.0 und die Ballproduktion als Prozesskette Auftragsassistent Server Versuchsplanung TCP/IP Ballproduktion TCP/IP DoE Versuche TCP/IP, ETHERCAT, PROFINET TCP/IP 3D Druck Digitalisierung Nachbearbeitung Katapult Seite

14 Quality Science Lab Automatisierter 3D-Druck Automatisierter 3D-Druck (Dargestellt: Echtzeitauswertung der Qualität und Ablösung) Seite

15 Sensoren Quality Science Lab Transformation Daten zu Qualitätswissen Abstandssensor Ermittlung aus der Sensorik des Druckers Beschleunigungssensor Transformation der DATEN zu Q-WISSEN Schichtdicke Min. Abkühlzeit pro Schicht Druckplattentemperatur Max. Lüftergeschwindigkeit Druckgeschwindigkeit Druckgeschwindigkeit der 1. Schicht Prozessparameter Optischer Sensor Werkstoffzuführung Über die Ausprägung der Prozessparameter in Echtzeit wird die Qualität des Produktes bestimmt, bei Abweichungen entgegengeregelt sowie die weiteren Prozessschritte festgelegt. Seite

16 Quality Science Lab Qualitätscockpit Seite

17 Aktuelle Schritte im Quality Science Lab 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 Seite

18 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 Tel: M.Sc. Patrick Drange Fachbereich Qualitätsmanagement IPK Fraunhofer Berlin Tel: Seite

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