Leitprojekt »EVOLOPRO«

Evolutionäre Selbstanpassung komplexer Produktionsprozesse und Produkte

EVOLOPRO

Leitprojekt »EVOLOPRO«

Das Leitprojekt »EVOLOPRO« geht eine der zentralen Herausforderungen der »Industrie 4.0« an. Diese besteht darin, Produktionssystemen die Fähigkeit zu verleihen, sich selbstständig an neue Anforderungen und Umgebungsbedingungen anpassen zu können. Dazu erforscht das EVOLOPRO-Konsortium, wie evolutionsbiologische Mechanismen und Prinzipien, die in der Natur für die Anpassungsfähigkeit von Organismen sorgen, auf Produktionssysteme übertragen werden können. Das Leitprojekt ist eingebettet in die Fraunhofer-Initiative »Biologische Transformation«.

EVOLOPRO baut auf bestehenden Produktionsprozessen sowie Errungenschaften der Digitalisierung auf und entwickelt diese weiter. Die Forschungs- und Entwicklungsagenda ist dabei stark getrieben durch Erkenntnisse aus der Biologie, die zeigen, dass die Förderung von Variation und das Zulassen von Fehlern entscheidende Mechanismen in der Natur sind, um Anpassungsfähigkeit zu erlangen. Damit werden Fertigungsfehler im Verständnis von EVOLOPRO nicht als Ausschuss, sondern wie in der Biologie als eine wertvolle Ressource zur Anpassung und Weiterentwicklung technischer Systeme und Prozesse betrachtet.

Die erfolgreiche Umsetzung der EVOLOPRO-Agenda erfordert algorithmische und informationstechnische Entwicklungsleistungen. Dabei sind umfangreiche digitale Abbilder der Produkte und Prozessketten, eine informationstechnische Abbildung von Anforderungsprofilen sowie ein zuverlässiger, performanter Informationskreislauf zwischen digitaler und physischer Ebene unerlässlich. Daher ist die Entwicklung leistungsfähiger digitaler Zwillinge und digitaler Umwelten eines der zentralen Anliegen von EVOLOPRO. Außerdem müssen Algorithmen entwickelt werden, die das Zusammenspiel zwischen digitaler Umwelt und digitalen Zwillingen orchestrieren und damit die Anpassungsvorgänge in den Produktionsprozessen steuern.

Den zu entwickelnden Algorithmen kommt eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung der biologisch inspirierten Anpassungsmechanismen zu. Fraunhofer SCAI leitet die Algorithmenentwicklung in EVOLOPRO, die sich im Schnittfeld von Transfer-Lernen, Multitask-Lernen, evolutionären Explorationsstrategien und Multi-Fidelity-Modellbildung bewegt.

Drei verschiedene Pilotanwendungen sollen die Wirksamkeit der Ansätze von EVOLOPRO validieren: die Einzelkomponente (Fertigung einer Blade Integrated Disk), die Montage mehrerer Einzelkomponenten (Fertigung und Montage einer Freiformoptik) sowie das temporäre Interagieren mehrerer Einzelkomponenten (Fertigung einer Motorhaube im Zusammenspiel mit der additiven Korrektur einer Falzbacke mit Hilfe eines Schweißroboters). Als Demonstratoren dienen reale Produkte mit hoher wirtschaftlicher Relevanz für die Fraunhofer-Gesellschaft. Ziel ist es, das EVOLOPRO-Konzept der evolutionären Selbstoptimierung generisch zu erforschen und mit den gewählten Pilottypen und Pilotketteneine möglichst breite Anwendbarkeit zu demonstrieren.

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