Entwicklung eines Experimentierbaren Digitalen Zwillings zur Analyse und automatisierten Adaption von textilen Fertigungsprozessen am Beispiel der Tuftingtechnologie

Die steigende Produktvielfalt in der deutschen Textilherstellung bei gleichzeitig kleinen Losgrößen und hohem Aufwand in der Maschinenumrüstung erhöhen die Preise pro m² produziertem Textil. Für das Umrüsten und Einrichten der Produktionsmaschinen sowie die Produktentwicklung sind Expertenwissen und Erfahrung notwendig. Durch Fachkräftemangel und steigende Personalfluktuation fließt dieses Wissen jedoch stetig ab. Steigende Anforderungen an die Fertigprodukte erfordern erhöhte Reproduzierbarkeit der Herstellprozesse sowie kontinuierliche Prozessoptimierung.

Das Forschungsziel war es, einen Experimentierbaren Digitalen Zwilling (EDZ) als Demonstrator beispielhaft für eine Tuftingmaschine zu entwickeln, für die Steigerung der Effektivität und Effizienz des Einstellprozesses zu nutzen und für weitere Anwendungen an Textilmaschinen vorzubereiten.

Zur Umsetzung wurde die Interaktion der Tuftwerkzeuge Nadel, Greifer, Messer analysiert. Dies führte zum Aufbau eines EDZ, der z.B. Kinematik, Dynamik, Sensoren, Mensch-Maschine-Interaktion des physischen Assets (Tuftingmaschine) einbezieht. Mit ihm wurden die Bewegungen dreidimensional visualisiert und ein interaktives Assistenzsystem realisiert. Darüber hinaus wurde eine automatisierte Adaption der Maschinenparameter mittels Simulation konzipiert und umgesetzt. Parallel wurden Sensoren zur messtechnischen Erfassung der Lage der Tuftwerkzeuge entwickelt und integriert.

Die Einbindung von Experten weiterer textiler Herstelltechnologien aus Wissenschaft und Industrie in den Projektbegleitenden Ausschuss garantiert einen raschen Transfer des im Projekt generierten Wissens in den gesamten Textilsektor.

Ergebnisse

Die für den Tuftingprozess ausschlaggebenden Bewegungskurven der Werkzeuge wurden mit Wegsensoren messbar gemacht. Weiter wurde die Hauptwelle mit einem Inkrementalgeber ausgestattet, sodass diese als Bezugsgröße für das Gesamtsystem fungieren konnte. Basierend auf den Konstruktionsdaten der Tuftingmaschine wurde eine Visualisierung entwickelt, die es ermöglicht, den Bewegungsablauf der Werkzeuge realitätsgetreu darzustellen. Darüber hinaus wurde eine Schnittstelle installiert, mit der Sensordaten ausgelesen, gespeichert und ausgewertet werden können. Mithilfe dieser Daten ist es möglich, die Einstellungen des Maschinentimings datenbasiert zu bewerten und gegebenenfalls anzupassen. Bisher war hierfür die subjektive optische Einschätzung des Maschinenführers notwendig. Diese war weder quantifiziert, messtechnisch erfasst noch reproduzierbar.

Der experimentierbare digitale Zwilling (EDZ) ermöglicht also die messtechnische Erfassung der Werkzeugbewegungen, bietet Hilfestellung für die Einrichtung der Tuftingmaschine und macht Einstellungen reproduzierbar. Er bietet eine Simulation der realen Maschine, die in der Lage ist, die Einstellungen eins zu eins darzustellen und bietet Blickwinkel auf Maschinenteile, die in der Realität aufgrund beispielsweise des Maschinenkörpers nicht möglich sind. Weiter ist es möglich, Einstellungen entweder händisch im Bedienpanel des EDZ anzupassen und die Auswirkungen simuliert darzustellen oder neue Parametersätze vom EDZ berechnen zu lassen. Diese können anschließend mit Hilfe des Einrichtungsassistenten auf den realen Zwilling übertragen werden.

Der Schlussbericht zum Vorhaben ist auf Anfrage bei der Forschungseinrichtung erhältlich.

Förderprogramm und Projektnummer

IGF 21166 N

Laufzeit

01.04.2020 – 31.03.2022