Automatische Optimierung in der Gießprozesssimulation

Ingo Hahn und Jörg C. Sturm

KURZFASSUNG:

Mehr als 20 Jahre nach der Einführung von Simulationssoftware für Gießereien in der Branche hat sich die Gießprozesssimulation zu einem akzeptierten Werkzeug für die Prozess- und Konstruktionsgestaltung entwickelt. Die Gießprozesssimulation spiegelt stets den aktuellen Stand der Technik und ihrer erfahrenen Anwender wider. Der Anwender entscheidet abschließend, ob Gießtechnik oder Prozessparameter zu einem akzeptablen Ergebnis führen. Auch die Vorschläge für optimierte Lösungen müssen vom Anwender vorgegeben werden.

Einer der größten Vorteile des Gießprozesses ist gleichzeitig auch die größte Hürde bei der Durchführung von Verbesserungen: Alles geschieht gleichzeitig und ist gekoppelt. Änderungen an einem einzigen Prozessparameter wirken sich im Prozess auf viele Merkmale aus, die die Gussqualität bestimmen. Die auf mehrere Ziele gleichzeitig ausgerichtete selbsttätig ablaufende (oder: automatische) Optimierung liefert einen vielversprechenden Ansatz.

Die automatische Optimierung nutzt das Simulationswerkzeug als virtuelles Experimentierfeld und ändert die Füllbedingungen, die Anschnittauslegung oder die Prozessparameter, um auf diese Weise die optimale Route zum angestrebten Ziel zu finden. Verschiedene Parameter können geändert und mehrere Ziele unabhängig voneinander ausgewertet werden. Automatische Optimierungswerkzeuge verwenden den klassischen Ansatz der Gießerei-Ingenieure, um den besten Kompromiss zwischen diesen Zielen zu finden. Dadurch wird nicht nur der Bedarf an Testläufen zur Identifizierung des optimalen Prozessfensters weiter reduziert, sondern es wird eine detaillierte Auswertung zahlreicher Prozessparameter und deren einzelne Auswirkungen auf die Gestaltung eines robusten Prozesses möglich.

Prinzipiell kann man alles, was simuliert werden kann, auch optimieren. Dennoch ist Optimierung kein Ersatz für Prozess-Know-how und Fachwissen. Entgegen üblicher Annahmen muss auch der zukünftige Simulationsanwender die Ziele und insbesondere die Qualitätskriterien, die zum Erreichen der Ziele erforderlich sind, kennen. Die Fragen, die einem Programm gestellt werden, müssen einfach und klar sein, z. B.: Welche Gießtechnik ist am besten geeignet? Die Beantwortung dieser Frage erfordert quantitative Lösungen.

Das Prinzip von Versuch und Irrtum wird so nicht mehr im Betrieb, sondern am Computer praktiziert. Der Gießer legt seine Ziele für die Optimierung fest und kann die bestmögliche Lösung auswerten. Er erhält auch quantitative Informationen bezüglich der Empfindlichkeit, mit der der Gießprozess auf einzelne Prozessparameter reagiert und kann somit die Robustheit seiner Entwürfe beurteilen. Der vorliegende Bericht liefert einen Überblick zum Stand der Technik bei der automatischen Optimierung anhand von ausgewählten Beispielen aus der Industrie.

 

Die vollständige Veröffentlichung steht im verlinkten PDF zur Verfügung.

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