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Hochschule Schmalkalden (HSM)
Simulationen als Instrumente der Optimierung
Über die Forschungen von Jun.-Prof. Andreas Wirtz an der HSM
Prof. Wirtz hat an der HSM die Professur für Fertigungstechnik und virtuelle Prozessgestaltung an der Fakultät Maschinenbau inne und forscht unter anderem zur Optimierung spanender Produktionsverfahren mit Hilfe von computergestützten Simulationen. Er ist als erster Juniorprofessor an die HSM im Rahmen einer Tandem-Professur in Kooperation mit der GFE berufen. Als Teil des bundesweiten Förderprogramms „FH-Personal“ sollen diese Professuren Nachwuchswissenschaftlern den Einstieg in eine wissenschaftliche Karriere erleichtern.
Fräsmaschinen beim Einsatz | Foto: Hochschule Schmalkalden (HSM)
Die Potenziale von Simulationen
Um ihre Funktion optimal erfüllen zu können, müssen komplexe Werkzeugmaschinen wie Fräsmaschinen unter möglichst idealen Bedingungen verwendet werden, was unter anderem die Prozessgestaltung und -auslegung anbetrifft. Hierbei besteht oft ein Dilemma: Zwar sorgen gesteigerte Prozessparameter bei Zerspanprozessen für eine erhöhte Produktivität, jedoch kann dies mitunter zu Einbußen in der Qualität der Produkte führen. Zudem können die Werkzeuge und Maschinen in Folge vermehrter thermomechanischer Belastung schneller verschleißen. Auch bezüglich der Kosten- und Energieeffizienz wirkt sich die Prozessgestaltung wesentlich aus.
Um Fertigungsprozesse zu optimieren, bieten sich Simulationen als Instrumente der ex-ante-Modellierung und der Evaluierung komplexer Fertigungsprozesse oder Werkzeugdesigns an. Durch computergestützte Simulationen können Zerspanwerkzeuge und -prozesse für die effiziente Herstellung von Produkten mit anforderungsgerechter Qualität virtuell erprobt und somit kosten- und aufwandsärmer entwickelt werden.
Die Digitalisierung der Produktion
Andreas Wirtz promovierte 2019 an der TU Dortmund im Bereich der simulationsgestützten Auslegung energieeffizienter NC-Fräsprozesse. In seinem Fokus stand die Mehrzieloptimierung von Fräsprozessen unter Berücksichtigung der Werkstückqualität, der benötigten Prozesszeit und dem Energiebedarf. Hierzu gehört die modellbasierte Abbildung und Vermeidung regenerativer Werkzeugschwingungen, die zu einer unzureichenden Werkstückqualität und erhöhtem Werkzeugverschleiß bis hin zum Werkzeugversagen führen können. Neben der Werkstückqualität war auch der Energieverbrauch von Belang: Welche Vor- und Nachteile bieten verschiedene Bearbeitungszentren und Prozessauslegungen unter den Parametern der Werkstückqualität, der Produktivität und der Energieeffizienz? Oder anders: Unter welchen Zielvorgaben ist welche Maschine mit welchen Einstellungen am besten zur Fertigung eines Werkstücks geeignet?
Spanbildungssimulationen ermöglichen, nicht messbare Prozessgrößen zu bestimmen | Grafik: Hochschule Schmalkalden
Kosten einsparen und Umwelt schonen durch Optimierung
Auch auf makroskopischer Ebene, d. h. bei Betrachtung ganzer Prozesse, können Simulationsexperimente über verschiedene Wege Prozesse ohne Produktionsunterbrechungen und Materialeinsatz schneller und somit kostengünstiger gestalten und verbessern. Die computergestützte Modellierung übernimmt in der umfassenden Digitalisierung, Vernetzung und Autonomisierung der industriellen Produktion und deren Verschränkung mit modernen Informations- und Kommunikationstechnologien, die unter der Chiffre „Industrie 4.0“ firmiert, mithin eine bedeutende Rolle. Der Zweck ist es dabei, ganze Wertschöpfungsketten in Echtzeit zu optimieren und bei laufender Produktion flexibel auf Veränderungen der Anforderungen innerhalb der Prozesse selbst und beispielsweise der Umweltbedingungen reagieren zu können. Nicht nur lässt sich die Effizienz der Produktion steigern, sondern auch natürliche Ressourcen schonen.
Schutzschichten und Tandems
Ein abgeschlossenes Projekt von Prof. Andreas Wirtz befasst sich mit der mechanischen Nachbehandlung von Korrosionsschutzschichten, wie sie unter anderem bei Strukturelementen von Offshore-Windenergieanlagen nützlich sind. Ziel war es, die destruktiven Auswirkungen der Umwelt – Wind, Wellen, Salz – zu minimieren. Den Schutz können einerseits die genutzten Materialen bieten, andererseits aber auch spezielle Verfahren der mechanischen Nachbearbeitung der verwendeten Schutzbeschichtungen erreichen. Über das nachträgliche maschinelle Oberflächenhämmern werden Schutzbeschichtungen nicht nur dichter und härter, ihre Oberfläche wird weniger rau und porös, wodurch sich die Angriffsfläche verringert und die Beschichtungen länger schützen.
Dr. Wirtz trat zum August 2022 die Professur für Fertigungstechnik und virtuelle Prozessgestaltung der Fakultät für Maschinenbau an und war damit der erste Juniorprofessor an der HSM. Seine Stelle wird durch eine enge Partnerschaft mit der GFE, der Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung, geprägt: Neben seiner Professur ist er gleichzeitig wissenschaftlicher Mitarbeiter an der GFE. Eben diese duale Positionierung ist der Kern einer jeden Tandemprofessur. Als weiteren Baustein der Kooperation von HSM und GFE wird Prof. Wirtz die 15. Schmalkalder Werkzeugtagung am 8. und 9. November 2023 organisieren.
Neue Köpfe
Prof. Dr. Diego d’Andria, Professur für Finance and Economics in the Digital Economy
Zum 1. September 2022 trat Dr. d’Andria seine Professur an der Fakultät Wirtschaftswissenschaften an. Es handelt sich um eine von zwei neuen Professuren, die die HSM im Rahmen des Digitalisierungsprogramms PROF-IT 25 des TMWWDG erringen konnte. Prof. d’Andrias Forschungsinteressen liegen in den Feldern Volkswirtschaftslehre, Innovationspolitik, digitale Märkte, Besteuerung, multinationale und Start-up-Unternehmen.
In einer Studie für das Europäische Parlament befassen sich Prof. Diego d’Andria and Prof. Mareike Heinemann mit den Kosten der Einhaltung von Steuervorschriften für Unternehmen in verschiedenen europäischen Ländern. Durch die Analyse länderübergreifender Daten und empirischer Ergebnisse über die Höhe dieser Kosten für Unternehmen unterschiedlicher Größe und im Hinblick auf länderübergreifende Geschäftstätigkeit und verschiedene Steuerarten sowie durch die Diskussion der bestehenden Mess- und Vergleichbarkeitsprobleme leistet die Studie einen Beitrag zur öffentlichen Debatte über mögliche Reformen der Steuervorschriften für Unternehmen in der Europäischen Union.
Stellenangebote
- Leitung Rechenzentrum (m/w/d)
- Mitarbeiter:in im Projekt- und Prozessmanagement / Netzwerkkoordination
- Erfahrener Wissenschaftsmanager (m/w/d) als Leitung des Dezernats Studium und Internationales
Aktuelles aus Forschung & Lehre
Aktuelle Forschungsvorhaben
- Prof. Dr.-Ing. Thomas Seul, Projektleitung HSM (Professur Fertigungstechnik & Werkzeugkonstruktion)
Ganzheitliche KI-basierte Optimierung von Kunststoffverpackungen mit Rezyklatanteil“ (KIOptiPack) - Prof. Dr. Regina Polster, Projektkoordination (Professur für Informationsmanagement)
Prof. Dr. Kurt Englmeier (Professur für Betriebliche Informationssysteme)
Educational Predictive Analytics API für personalisierte Learning Experience Plattformen (EduPLEx_API)
Throwback
Didacta 2023: „Forschung für die Zukunft – Sachsen-Anhalt, Thüringen“ Die Professoren Regina Polster und Kurt Englmeier beschäftigen sich in ihrem Projekt „Educational Predictive Analytics API für personalisierte Learning Experience Plattformen“ schwerpunktmäßig damit, eine digitale Lernplattform für selbstbestimmtes Lernen zu entwickeln. Eine besondere Herausforderung besteht hier in der Entwicklung vertrauenswürdiger, KI-gestützter Algorithmen zur Analyse von Lerninhalten, sprachbezogener Nutzerangaben und dem Nachfrageverhalten in digitalen Lehrangeboten. Zudem konnten die Professoren Lenka Duranova, Hartmut Seichter und Frank Schrödel ihr Forschungsprojekt „MIT“ präsentieren, das im letzten WIRTSCHAFTSSPIEGEL vorgestellt wurde.
Prof. Robert Richert (Professur für Internationale Wirtschaftsbeziehungen)
Zeitinkonsistenz: Über die Hemmnisse wirtschaftspolitischer Reformen
Prof. Robert Richert aus der Fakultät der Wirtschaftswissenschaften versucht, mit dem Begriff „Zeitinkonsistenz“ sowohl Phänomene der Wirtschaftspolitik zu erschließen als auch ein Konzept für die Einschätzung der sozioökonomischen Lage bereitzustellen. Nach seiner Definition liegen Zeitinkonsistenzen dann vor, wenn der relevante Zeithorizont der Entscheider kürzer ist als der relevante Zeithorizont, dessen die nachhaltige Lösung eines Problems bedarf. Dieses Konzept kann helfen, strukturelle Inkonsistenzen politischer Steuerungen zu begreifen, wie sie sich zum Beispiel als Folgen des demographischen Wandels ergeben.
Veranstaltungen
31. 05. | 18:00 – 19:30 Uhr | Audimax
Antrittsvorlesung
Prof. Dr. Diego d’Andria
(Professur für Finance and Economics in the Digital Economy)
Forschungssemesterbericht
Prof. Kurt Englmeier
(Professur für Betriebliche Informationssysteme)
08./09.06. | 11:00 Uhr | Campus
Karrieremesse Schmalkalden
10.06. | 11:00 – 15:00 Uhr | Campus
Hochschulinformationstag
28.06. | Hochschule Nordhausen
Tag der Ingenieurwissenschaften
Hochschule Schmalkalden
Blechhammer 9
98574 Schmalkalden
Webseite: www.hs-schmalkalden.de
