Entwicklung einer KI-basierten, echtzeitfähigen Prozessüberwachung des Querkeilwalzprozesses

Autor*in: Paulina Merkel   

ISBN: 978-3-69030-222-7

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2026

Herausgeber*in der Reihe:  Bernd-Arno Behrens, Peter Nyhuis, Ludger Overmeyer

Band-Nr.: IPH 01/2026

Umfang: 150 Seiten, 72 Abbildungen

Schlagworte Künstliche Intelligenz, Tailored Forming, Prozessüberwachung, Querkeilwalzen

Kurzfassung: Im Sonderforschungsbereich 1153 „Tailored Forming“ werden neuartige Prozessketten zur Herstellung hybrider Massivbauteile erforscht. Durch den gezielten Einsatz unterschiedlicher Werkstoffe in einem Bauteil können sowohl der Ressourcenverbrauch als auch der Energiebedarf signifikant reduziert werden. Prozessschwankungen aus vorgelagerten Fügeprozessen können im Querkeilwalzprozess jedoch zum Versagen der Bauteile führen. Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung einer echtzeitfähigen, auf künstlicher Intelligenz (KI)-basierten Prozessüberwachung zur Detektion und Klassifikation solcher Abweichungen im laufenden Querkeilwalzprozess. Die erkannten Prozessschwankungen sollen als Grundlage für eine vorausschauende Prozessregelung dienen. Für die Entwicklung der KI-Modelle werden inline erfasste Sensordaten verwendet. Die Erfüllung der Anforderungen an Echtzeitfähigkeit, Klassifizierungsgenauigkeit, Robustheit und geringe Datenmengen wurde mithilfe verschiedener KI-Methoden untersucht. Instanzbasierte Verfahren und Entscheidungsbäume lieferten mit bis zu 100 % Genauigkeit bei der Anomaliedetektion und 86 % bei der Klassifikation die besten Ergebnisse. Die Deep-Learning-Methode Autoencoder ergänzte das Methodenspektrum erfolgreich, während statistische Lernverfahren und andere Deep-Learning-Ansätze weniger geeignet waren. Es konnte gezeigt werden, dass eine zuverlässige Erkennung von Abweichungen bereits in den ersten beiden Sekunden des Prozesses möglich ist. Die entwickelten Methoden sind auf weitere Tailored-Forming-Prozesse übertragbar und bilden die Grundlage für eine zukünftige prozessintegrierte Regelung im industriellen Umfeld.