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Leichtbau Schwingungen mit KI in den Griff bekommen

| Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Um leichtbauoptimierte Strukturen auch schwingungstechnisch optimal zu gestalten, setzt das Fraunhofer LBF Methoden der Künstlichen Intelligenz ein.

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Schwingungsmindernde Maßnahmen zur Optimierung von technischen Systemen können zusammen mit Künstlicher Intelligenz passgenau gelingen.
Schwingungsmindernde Maßnahmen zur Optimierung von technischen Systemen können zusammen mit Künstlicher Intelligenz passgenau gelingen.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Technische Systeme werden zunehmend komplexer und sollen gleichzeitig immer leichter werden. Angesichts dieser Herausforderungen kann die schwingungstechnische Optimierung von leichtbauoptimierten Strukturen schnell derart komplex werden, dass sie mit konventionellen Methoden nicht mehr beherrschbar ist. Der Lösungsraum wird sehr groß und verschiedene schwingungstechnische Maßnahmen interagieren miteinander, was zu unerwarteten Effekten führen kann. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickelt daher neue Methoden zur schwingungstechnischen Optimierung komplexer Systeme. Sie basieren auf evolutionären Algorithmen und erlauben eine schnelle und automatisierte Lösungsfindung. Zugrunde liegt eine erweiterbare Bibliothek mit verschiedenen passiven, semiaktiven und aktiven Maßnahmen, die auch in Kombination zum Einsatz kommen können.

Künstliche Intelligenz kann helfen

Um störende oder prozesskritische Vibrationen zu vermeiden, werden häufig schwingungstechnische Zusatzmaßnahmen wie zum Beispiel Tilger oder Dämpfer eingesetzt. Gerade bei verteilten Systemen stoßen konventionelle Optimierungs­methoden jedoch aufgrund der Wechselwirkungen der verschiedenen Effekte untereinander an Grenzen. Der Einsatz Künstlicher Intelligenz bietet nun die Möglichkeit, noch schneller zu den besten Lösungen zu gelangen. Unternehmen, die schwingungstechnische Probleme mit Vibrationen, Lärm oder Rütteln an Maschinen haben, erhalten beim Fraunhofer LBF eine Komplettlösung von der Analyse des Problems bis hin zu dessen Lösung.

Ablauf einer schwingungstechnischen Optimierung basierend auf evolutionären Algorithmen der Künstlichen Intelligenz.
Ablauf einer schwingungstechnischen Optimierung basierend auf evolutionären Algorithmen der Künstlichen Intelligenz.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Adaptive Maßnahmen nötig

Wie dies gelingt, zeigt das folgende Anwendungsbeispiel: Bei Maschinen zur Bearbeitung von Großbauteilen hat die Werkstückmasse einen maßgeblichen Einfluss auf das dynamische Eigenverhalten der Maschine. Die zur Vermeidung störender Vibrationen eingesetzten schwingungstechnischen Zusatzmaßnahmen wie Tilger, Neutralisatoren oder Dämpfungskomponenten müssen in der Regel genau auf die zu beruhigende Struktur beziehungsweise die Anregung abgestimmt werden. Ändert sich diese, beispielsweise durch Werkstücke unterschiedlicher Masse, so muss eine Anpassung der Abstimmung erfolgen. Künstliche Intelligenz zusammen mit adaptiven schwingungstechnischen Maßnahmen kann dieser Herausforderung wirksam begegnen.

Automatisierte Einstellung mittels KI

Ist eine Maschine mit einer Anzahl schwingungstechnischer Maßnahmen, beispielsweise adaptiven Tilgern oder Maschinenlagern, ausgestattet, lassen sich mit einem reduzierten Modell der Maschine und der Kenntnis über das zu bearbeitende Werkstück die vorgerüsteten Maßnahmen mit dem entwickelten KI-Algorithmus optimal einstellen. Hierdurch kann bereits ab dem ersten Werkstück eine maximale Bauteilqualität erreicht werden. Zur Realisierung einer automatisierten Einstellung schwingungstechnischer Maßnahmen hat das Fraunhofer LBF unterschiedliche adaptive Tilger und Maschinenlager bereits eindimensional und zweidimensional umgesetzt. Die dreidimensionale Umsetzung ist in Arbeit. (qui)

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