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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
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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
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Phasen der Industrialisierung
Symbolbilder: Wikimedia
Qualität 4.0 am Beispiel Katapult – Quality Science Lab | K. Seiffert, P. Drange
Seite 3 | 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
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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
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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
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ERP
CAQCAQ
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Q-Echtzeitwissen
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Qualitätswissenschaft in der Industrie 4.0
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… 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
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Aufbau des Quality Science Lab
Die Anlage im Überblick
3590 mm
1400 mm
2090 mm
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Aufbau des Quality Science Lab
Die Anlage im Überblick
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Quality Science Lab
Module der Smart Micro Factory
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Aufnahme der
Kunden-
anforderungen
3D-Druck
Digitalisierung
(3D-Scan)
Nach-
bearbeitung
Katapult
Qualitätssicherung/-optimierung durch Überwachung der
Prozessparameter (in Echtzeit)
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Qualitätssicherung/-optimierung durch Überwachung der
Prozessparameter (in Echtzeit)
Quality Science Lab
Module der Smart Micro Factory
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Aufnahme der
Kunden-
anforderungen
3D-Druck
Digitalisierung
(3D-Scan)
Nach-
bearbeitung
Katapult
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Quality Science Lab
Das Katapult 4.0 und die Ballproduktion als Prozesskette
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DoE VersucheBallproduktion
TCP/IP TCP/IP
TCP/IP, ETHERCAT, PROFINET
NachbearbeitungDigitalisierung3D Druck
TCP/IP
Katapult
ServerAuftragsassistent Versuchsplanung
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Quality Science Lab
Automatisierter 3D-Druck
Automatisierter 3D-Druck (Dargestellt: Echtzeitauswertung der Qualität und Ablösung)
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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
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Seite 15 | 17.10.2016
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Quality Science Lab
Qualitätscockpit
Qualität 4.0 am Beispiel Katapult – Quality Science Lab | K. Seiffert, P. Drange
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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
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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
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M.Sc. Patrick Drange
Fachbereich Qualitätsmanagement
IPK Fraunhofer Berlin
E-Mail: [email protected]
Tel: +49 30 39006 311