Intelligente Konsumgüterproduktion

Hintergrund

Mit etwa 920 Unternehmen und einem Umsatzvolumen von ca. 22,1 Mrd. Euro pro Jahr, ist Deutschland der viertgrößte Markt für Verpackungen weltweit. Für die Herstellung nachhaltiger Verpackungslösungen ist die Umformung von Karton eine der Schlüsseltechnologien. Bislang existierten jedoch keine Produktionsanlagen, die eine wirtschaftliche Umsetzung des Fertigungsverfahrens bei Erfüllung aller Ansprüche, die an die Qualität von Massenpackmitteln gestellt werden, ermöglichen.

Verfahren

Durch Umformen hergestellte Verpackungen aus Karton werden heute weitgehend durch einzelne Maschinen, die unabhängig voneinander die notwendigen Arbeitsschritte durchführen, produziert. Der optimale Verlauf des Umformprozesses – dem zentralen Vorgang – ist stark von den Materialeigenschaften und einer darauf abgestimmten Wahl der Prozessparameter abhängig. Das Material wiederum wird stark von den klimatischen Umgebungsbedingungen wie der Raumtemperatur und der Luftfeuchte beeinflusst und weist daher ein nicht determiniertes Verhalten beim Prozess auf. Eine gleichbleibende Qualität der Umformteile kann daher nur durch eine Prozessregelung unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften und der Umgebungsbedingungen erreicht werden.

Vorhaben

Am Beispiel eines Bechers für die Lebensmittelverpackung sollen die Potenziale einer intelligenten Fertigungsanlage für die Herstellung von Packmitteln aufgezeigt und in einer intelligenten Demonstratoranlage umgesetzt werden. Die wesentlichen Herausforderungen bestehen dabei in der Implementierung der bislang nur im akademischen Umfeld realisierten Verfahren zum Tiefziehen von Kartonbechern mit qualitativ hochwertiger Oberfläche und dem Verschluss der Verpackung in Fertigungsmodulen mit eigenständiger Prozessregelung sowie der informationellen Verknüpfung der Module zu einer intelligenten Fertigungsanlage.

Ein modulinternes Regelungsmodell wird auf Basis selbständig gesammelter Erfahrungen Entscheidungen treffen, wie die Maschine optimal einzustellen ist, um eine gleichbleibend hohe Qualität der gefertigten Produkte zu gewährleisten. Durch den Austausch von Informationen zwischen den Modulen kann sichergestellt werden, dass für die einzelnen Fertigungsschritte immer der aktuelle Zustand des Produkts zur Verfügung steht und sich so das Folgemodul auf sich ändernde Eingangsbedingungen einstellen kann. Die Funktionsweise der Anlage soll an den beiden wesentlichen, im Projekt zu realisierenden Modulen zur Fertigung des Bechers und dessen Verschluss gezeigt werden. Abschließend wird der Transfer der Projektergebnisse auf weitere Produktionsanlagen vorbereitet und Strategien für die Implementierung intelligenter Produktionssysteme für Konsumgüter vorgeschlagen.

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