Projektbeschreibung:

Im Zeichen von Industrie 4.0 durchlebt die Kunststoff- und Kautschukindustrie einen Wandel, in dem eine Anwendung und Nutzung von Automatisierungstechnologien sowie die Digitalisierung von Prozessabläufen unter wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten unumgänglich sind. Die Implementierung der erforderlichen Technologien in die kautschukverarbeitende Praxis stößt jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten aufgrund der Komplexität des Materials, der Vielzahl an aufwändigen Prozessschritten, dem Mangel an geeigneten Schnittstellen, Kenndaten und Bewertungskriterien für die Regelung sowie der Vorhersage der Effizienz von Verarbeitungsprozessen.
In dem BMBF-geförderten Projekt „DIGIT RUBBER“ (Laufzeit 01.04.2021 - 31.03.2024, Förderkennzeichen 13XP5126, Gesamtfördersumme ca. 2,5 Mio. Euro) wird am Beispiel der Extrusion, die Kombination von maschinellem Lernen, klassischer Modellbildung und neuen Messtechnikansätzen zur Online-Charakterisierung von Kautschukmischungen erarbeitet und eingesetzt. Ziel des Vorhabens ist es, eine computergestützte Verknüpfung der Produktionskette „Mischen-Walzen-Extrudieren“ zu entwickeln, die es automatisiert ermöglicht, mittels Materialdatenbanken und einem digitalen Abbild des Prozesses (Digitaler Zwilling) unter besonderer Berücksichtigung der Extrusion sowie durch den Einsatz von Online-Messmethoden, chargenbedingte Schwankungen am Material zu erkennen und auf Basis einer künstlichen Intelligenz (KI) den Verarbeitungsprozess entsprechend zu regeln. Auf diese Weise kann konstanter am Effizienz- und Qualitätsoptimum produziert werden. Hierzu werden verfügbare sowie zu entwickelnde Messmethoden in der Online-Erfassung von Qualitätsmerkmalen kombiniert, um so eine automatische Qualitätsbewertung von Ausgangsmaterialien und ihrer Produkte zu ermöglichen. Im Rahmen der Prozessmodellierung und -optimierung werden die Messdaten auf Grundlage der geschaffenen Ontologie für die Kautschukverarbeitung gesammelt, verwaltet und ausgewertet. In diesem Zusammenhang können Daten aus den unterschiedlichsten Disziplinen wie Chemie, Simulation, Prozesstechnik und Logistik vereint und die bestehenden Sprachgebräuche jeder einzelnen Disziplin in eine gemeinsame einheitliche Sprache überführt werden. Die Umsetzung der Digitalisierung in diesem Projekt, insbesondere die Entwicklung einer integrierbaren Ontologie in den Gesamtkontext der Materialwissenschaften, wird zusätzlich durch die Innovations-Plattform MaterialDigital unterstützt. Gleichwohl werden durch die Implementierung von Machine-Learning-Algorithmen (Data Mining) werkstoffimmanente Wirkzusammenhänge vorhersagbar gemacht, die einen Einfluss auf die Qualität des Extrusionsproduktes aufweisen. Durch die Entwicklung einer künstlichen Intelligenz, welche die gesamte Prozesskette steuert und eigenständig Prozess- und Werkstoffparameterabweichungen identifiziert und gegenreguliert, wird so eine konstante Qualität des Endproduktes realisiert. Das Erreichen des Projektzieles ist nur durch eine interdisziplinäre Zusammenarbeit verschiedener wissenschaftlicher und technischer Disziplinen möglich. Insgesamt sieben Institute jedes einzelne ein Experte auf seinem Fachgebiet, arbeiten eng verknüpft zusammen.

Das Deutsche Institut für Kautschuktechnologie – DIK e.V. (Konsortialführer) erarbeitet die experimentellen und simulativen Grundlagen für das Ziel des Vorhabens auf Basis seiner umfangreichen Expertise in der Kautschuktechnologie und –verarbeitung. Ausgehend vom Rohstoff, wird die gesamte Prozesskette der Kautschukverarbeitung bis hin zum fertigen Bauteil abgebildet. Rohstoffdaten, gewonnene Prozessdaten und Materialkennwerte werden hierfür gespeichert, digitalisiert und als Regelgröße für eine zukünftige Prozessoptimierung genutzt, wobei die Extrusion den Schwerpunkt bildet. Des Weiteren befasst sich das DIK mit der Simulation des Vulkanisationsprozesses, der Modellierung des relativen Vernetzungsgrades sowie der Vorhersage mechanischer Eigenschaften des Endproduktes (Digitaler Zwilling). In enger Zusammenarbeit mit der Technischen Informationsbibliothek (TIB) soll der Nucleus einer Ontologie für die Kautschuk-verarbeitung erarbeitet werden. Dabei fungiert das DIK als „Domain Experte“, nutzt für den Aufbau der Ontologie u. a. aktuelle Industriestandards und bezieht Praxispartner aus der Industrie mit ein, sodass über die geschaffene Ontologie ein definierter Datenaustausch ermöglicht wird. Durch den engen Austausch mit der Plattform MaterialDigital können außerdem übergeordnete oder verwandte Ontologien aus anderen Materialbranchen einbezogen werden.

Förderer: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Förderkennzeichen:  13XP5126

Laufzeit: 01. April 2021 bis 31. März 2024

Kooperationspartner: Hochschule Hannover Fakultät IV - Wirtschaft und Informatik,

                                            Jade Hochschule Wilhelmshaven Oldenburg Elsfleth, Institut für angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik,

                                            Institut für Nanophotonik Göttingen e. V.,

                                            Leibniz Universität Hannover - Institut für Transport- und Automatisierungstechnik,

                                            Leibniz Universität Hannover - Institut für Mess- und Regelungstechnik,

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