Entwicklung einer innovativen Lösung für das Advanced Systems Engineering der computergestützten Prozessplanung der Zukunft (CAM2030)

Problemstellung
In vielen Schlüsselindustrien Deutschlands erfolgt die Prozessplanung zur Herstellung komplexer Bauteile mit Hilfe von Computer-Aided Manufacturing (CAM). CAM-Systeme ermöglichen die Auslegung von Bearbeitungsprozessen, welche auf manuellem Wege nicht oder nur unter großem Aufwand erstellt werden könnten. Steigender Wettbewerb, kürzere Innovationszyklen und eine stärkere Produktindividualisierung im Zuge von Industrie 4.0 führen jedoch nicht nur zu einer rasant steigenden Komplexität von Produkten, sondern auch von CAM-Systemen. Dies stellt selbst erfahrene Anwender vor große Herausforderungen in der Handhabung derartiger Systeme.

Projektziel
Das Forschungsprojekt CAM2030 hat daher das Ziel, den Nutzer durch die anwenderzentrierte Anreicherung der sozio-technischen Arbeitsumgebung mit neuartigen digitalen Optimierungswerkzeugen in die Lage zu versetzen, die computergestützte Prozessplanung, insbesondere für hochkomplexe Bauteile, auch zukünftig schnell, effizient und sicher durchführen zu können. Resultat ist eine neue Generation von CAM-Systemen, welche durch einen geringeren Planungsaufwand, eine technologieoptimierte Prozessplanung und einen langfristigen Wissensaufbau bzw. -erhalt gekennzeichnet sind.

Vorgehensweise
Der Fokus von CAM2030 liegt auf der Integration und Kopplung umfangreicher Simulationsmodelle in das CAM-System sowie der sinnvollen Anbindung von evolutionärer Algorithmik, Cloud-Computing und künstlicher Intelligenz (EA, CC, KI). Hierdurch sollen eine deutliche Beschleunigung der Berechnungszeiten, eine verringerte Anzahl an Iterationsschleifen und eine erhöhte Qualität der Prozessplanung erreicht werden. Gleichermaßen soll die Mensch-Maschine-Interaktion mit derartigen digitalen Unterstützungswerkzeugen innerhalb des CAM-Systems mit dem Ziel der Nutzerentlastung erforscht werden. Des Weiteren werden arbeitswissenschaftliche Analysen zur Entwicklung, Einführung und Nutzung zukünftiger CAM-Systeme sowie eine fortlaufende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Teil der Untersuchungen sein. Ergebnis ist ein CAM-System-Demonstrator, welcher im Sinne des Advanced Systems Engineering in einem interdisziplinären Team aus Informatik, Ingenieurwissenschaften, Arbeitswissenschaft, Soziologie und Betriebswirtschaft entwickelt wurde und sämtliche genannten Aspekte und Vorteile in sich vereint.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Aktuelle Markteinschätzungen gehen bis zum Jahr 2023 von einem Wachstum des weltweiten CAM-Markts von 2,3 Mrd. US-Dollar (2018) auf 3,4 Mrd. US-Dollar bei einer jährlichen Wachstumsrate von mehr als 7 Prozent aus. Durch die erstmalige Integration von EA, CC und KI wird das kommerzielle CAM-System zu einem service-orientierten Produkt transformiert. Auf diese Weise können CAM-Systemhersteller ihre Marktposition festigen sowie weitere KMU mit Hilfe digitaler Geschäftsmodelle am CAM-Markt beteiligt werden. Die exemplarische Implementierung innerhalb eines der marktführenden CAM-Module bildet eine ideale Ausgangsbasis für die Sicherstellung einer breiten Nutzung der F&E-Ergebnisse.