Teilprojekt M3: Exploration von Zustands- und Parameterraum zur Optimierung von Produktionsprozessen

Dr.-Ing. Julius Pfrommer
Professor Dr.-Ing. Uwe D. Hanebeck
Professor Dr.-Ing. Gerhard Neumann

Das Ziel des Teilprojektes ist die Verminderung der Anzahl benötigter Stichproben zur Optimierung der Parameter in einem mehrstufigen Fertigungsverfahren. Über den State-of-the-Art hinaus werden die folgenden häufig anzutreffenden Eigenschaften von Fertigungsverfahren dafür ausgenutzt:

(i) Mehrstufige Fertigungsverfahren erlauben die Beobachtung früherer Fertigungsschritte und deren Ergebnisse. Diese Beobachtung kann für eine gezielte Online-Optimierung (für das aktuelle Produkt) genutztwerden um die Parametrierung späterer Fertigungsschritte gezielt anzupassen. Um die Daten der betrachteten Stichproben bestmöglichauszunutzen wird der Ansatz der Bayesschen Optimierung auf mehrstufige Prozesse erweitert.

(ii) Die Trajektorien für eine regelungstechnische (open-loop) Vorsteuerung können über endlich-dimensionale Prozessparameter (in Vektor-Form) approximiert werden. Die Kenntnis von räumlichen Zusammenhängen in den Prozessparametern soll dabei gewinnbringend ausgenutzt werden.

(iii) Robuste Exploration und Optimierung betrachtet im Detail die stochastischen Eigenschaften des Prozesses und beschränken die Wahrscheinlichkeit, dass währen der Exploration und Optimierung dieErgebnisse außerhalb einer zulässigen Menge liegen. Ein typischer Anwendungsfall in einem Produktionsprozess ist es des zulässigen Zustandsraum des Prozesses, um physischen Schaden an der Anlage zu verhindern. Nähere Betrachtung gilt zudem der Eigenschaften der ausgehenden Produkte. Hier soll die Wahrscheinlichkeit für unverkäufliche Schlechtware als Ergebnis der Prozessexploration beschränkt werden.

(iv) Gegenüber der Exploration des Parameterraums fährt die Exploration des
Zustandsraums gezielt Betriebszustände des Prozesses oder der resultierenden Produkte (auch Zwischenprodukte in einem mehrstufigen Fertigungsverfahren) an. Es werden Surrogat-Modelle für eine Inverse Abbildung des Zielzustands auf einstellbare Prozessparameter zu erreichen. Eine kombinierte Exploration des Parameter- und Zustandsraums ermöglicht das Ausnutzen der jeweilsunterschiedlichen Dimensionalität und Sensitivität hinsichtlich der Zielgrößen. Im Falle von mehrstufigen Prozessen hilft das gezielte Ansteuern des Zustands von Zwischenprodukten die Optimierung der späteren Prozessstufen durchzuführen.