Makine takımları daha dinamik ve hassas hale geliyor

Münih, 05 Aralık 2024 - Neredeyse tüm takım tezgahlarının performansını optimize etmekle kalmayıp aynı zamanda Baden-Württemberg Eyaleti Alman Dili ve Edebiyatı yarışmasında kısa öyküleriyle ödül alan bir mühendis bilim adamı: WGP (Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik), Otto Kienzle hatıra parasını çok özel bir adaya, Stuttgart Üniversitesi Takım Tezgahları ve Üretim Üniteleri Kontrol Mühendisliği Enstitüsü'nden (ISW) Dr. C'ye verdi.

Chemnitz'deki WGP Yıllık Kongresi'nde ödülü takdim eden WGP Başkanı Prof Michael Zäh, “Christoph Hinze'nin edebiyattan mühendisliğe geçiş yapmış olması bizim için büyük bir şans” dedi. “Örneğin matematik gibi disiplinler arası ilgi alanları araştırmalarına büyük katma değer sağlamıştır. Giderek artan disiplinler ötesi çalışma gruplarımız için disiplinler arası bir zihniyete sahip insanlara ihtiyacımız var.”

Hinze'nin araştırmalarının sonuçları etkileyici. On yıl önce, yapay sinir ağları kullanarak sürekli makine öğrenimi üzerine yazdığı lisans teziyle Günther Pritschow Ödülü'ne layık görüldü. Hinze'nin mütevazı yorumu şöyle: “Bu konuda şanslıydım ve buna dayalı iki makale yayınlayabildim.” Yüksek lisansını “çok iyi” derece ile tamamladıktan sonra, genç yetenek Alman Araştırma Vakfı (DFG) tarafından finanse edilen ilk projesinde yine “şanslıydı”. Bu proje, kablo ve halat gibi esnek parçaların robotlarla taşınmasını, özellikle de kamera görüntüleri ve şekil kontrolü kullanılarak hızlı ve sağlam bir şekilde konumlandırılmasını içeriyordu. Hinze, “Bu, yükselişte olan bir araştırma alanı ve sürecin sağlam bir şekilde kullanılabilmesi için hala birkaç adım eksik” diyor. Gelecekte bu, örneğin otomotiv endüstrisinde kontrol kabinlerini otomatik olarak kablolamak veya kablo demetlerini döşemek için kullanılabilir.

Makine takımları daha dinamik hale geliyor
Tez çalışması sırasında 32 yaşındaki genç, model tabanlı pozisyon kontrolü sayesinde vidalı mil tahriklerini daha dinamik ve doğru bir şekilde hareket ettirmenin ve böylece neredeyse tüm takım tezgahlarının tahriklerini optimize etmenin bir yolunu buldu.
Analiz edilen kayan mod kontrolünün anahtarı, vidalı mil tahrikinin soyutlama derecesinde yatıyor. Hinze, “Şimdiye kadar, araştırmadaki çoğu kontrol yaklaşımı tüm kontrol sisteminin değiştirilmesini içeriyordu, bu da vidalı mil tahrikindeki kuvvet dengesinin çok hassas bir şekilde bilinmesi gerektiği anlamına geliyor” diye açıklıyor. “Yeni yöntemle sadece bir parçayı, pozisyon kontrolörünü değiştiriyoruz. Kontrol sisteminin geri kalanı belirsizliklerin büyük bir kısmını zaten absorbe ettiğinden, bu durum kontrollü sistemin modellenmesini çok daha kolay hale getiriyor. Aynı zamanda, endüstriyel uygulamalar için parametreleme basitleştirildi ve bu da daha önce kullanılan kontrolörün ayarıyla karşılaştırılabilir.”

Model tabanlı pozisyon kontrolörü sayesinde, makinenin yönlendirme davranışındaki hatalar ortalama yüzde 50 ila 60 oranında azaltılabiliyor. Aynı durum, örneğin frezeleme sırasında meydana gelen arızalardan kaynaklanan hatalar için de geçerlidir. Genel olarak, her ikisi de bileşenlerin kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

Model tabanlı pozisyon kontrolü, benzer model davranışı sergileyen diğer tahrik sistemlerine de aktarılabilir. Bunun örnekleri arasında çok büyük takım tezgahlarında kullanılan kremayer ve pinyon tahrikler ya da artık deneysel olarak gösterilecek olan endüstriyel robotların eklemlerindeki tahrikler yer almaktadır.

Geleceğin üretim tesislerinin daha hassas bir şekilde modellenmesi
Modelleme, Hinze'nin doktorasını tamamladığından beri başında bulunduğu Geleceğin Mobilitesi İnovasyon Kampüsü (ICM) bünyesinde Baden-Württemberg eyaleti tarafından finanse edilen genç araştırma grubunun da odak noktasıdır. Gri kutu modelleri olarak adlandırılan bu yöntem, makine öğrenimi modellerinin yardımıyla makinelerin yol planlamasını ve kontrolünü iyileştirmeye yardımcı olmayı ve böylece örneğin makine takımlarıyla daha hassas işlemeyi veya işlemeden önce işlem hatalarını tahmin etmeyi ve kontrol etmeyi amaçlamaktadır. Yöntem, makine dinamikleri hakkında bilinen model bilgisini kullanır ve makine öğrenimi kullanılarak yalnızca sapmalar eğitilir. Bu sayede daha basit makine öğrenimi modelleri kullanılabilmekte ve bu modeller gerçek zamanlı olarak kontrol sistemi üzerinde de çalıştırılabilmektedir. Bu tür sapmalar, örneğin üretimdeki toleranslardan ve aynı zamanda analitik olarak ancak büyük bir çabayla modellenebilen etkilerden kaynaklanmaktadır.

Baden-Württemberg Bilim, Araştırma ve Sanat Bakanlığı tarafından finanse edilen proje 2026 yılının sonuna kadar devam edecek ve bu tarihe kadar Stuttgart merkezli enstitüdeki araştırmacılar diğer araştırma enstitüleriyle işbirliği içinde konuyu genişletmek ve ilk sonuçları endüstriye aktarmak istiyor.

Aldıklarını geri veriyor
Araştırma, genç bilim insanı için gerçekten “bir şey”. Mühendis, “Okuldayken zaten doğa bilimlerine ilgi duyuyordum” diyor. “Özellikle STEM konularına ilgi duyuyordum ama özellikle robotlar veya makine aletleri gibi sistemlerin matematiksel soyutlaması beni büyülüyor: farklı etkilerin yine de denklemlerinde benzer olması gerçeği.”

Hinze, araştırma çalışmalarının yanı sıra erken dönemde çok sayıda öğretim görevi de üstlendi. Sadece derslerin ve eğitimlerin düzenlenmesine yardımcı olmakla kalmadı, aynı zamanda sadece doktorası sırasında 20'den fazla öğrenci tezine danışmanlık yaptı. “Çalışmalarım ve doktora öğrenciliğim sırasında diğer öğrencilerden, meslektaşlarımdan ve profesörlerden çok faydalandım” diyor. “Bunu aktarmak istiyorum.” Öğrencilerin kesinlikle hoşuna gidiyor. Onun özverili desteğini ve motive edici tavrını takdir ediyorlar.

Geri adım atmak önemlidir
Hinze çok çalışıyor çünkü bu onun tutkusu - ve aynı zamanda akşamları ve hafta sonları da çalışan eşinin çalışma saatleriyle örtüşüyor. Ancak bu hiçbir şekilde her şey demek değil. Yeni Zelanda'da geçirdiği bir yıl, sadece işe odaklanmadan da iyi sonuçlar elde edilebileceği gerçeğini görmesini sağlamış. Ödül sahibi, “Arada bir geri adım atmanın faydası oluyor,” diyor. “Yeni Zelanda'da insanlar bu yaşam tarzını içselleştirmiş durumda.” Hinze sporda kendisi için bu yönde bir yol bulmuş. Boş zamanlarında bazen 150 km bisiklete biniyor, yarım maraton koşuyor ya da birkaç kilometre yüzüyor. “Bu benim WiMi çalışmalarıma zıt bir program,” diye gülüyor, ”ve kafamı boşaltıyor.” Muhtemelen bir sonraki araştırma projeleri için.