Bauteilbeschreibung: Die Eingangsinformationen der Planungsumgebung sind das CAD-Modell sowie die gewünschten Eigenschaften des Bauteils. Gradierte Bauteile weisen
3-dimensionale Eigenschaftsverläufe über den Bauteilquerschnitt auf. Diese sind jedoch mit konventionellen CAD-Programmen nicht darstellbar, weshalb die in der Computergrafik etablierte Voxeltechnik zum Einsatz kommt. Hierbei wird das Bauteil in gleichförmige Volumenelemente (Voxel) aufgeteilt. Jedem Voxel werden anschließend Informationen zu den gradierten Eigenschaften zugeordnet. Ein Beispiel für ein Voxelmodell zeigt Bild D5-2. Aus der Bauteilbeschreibung wird somit ein rechnerinternes Modell erzeugt, das insbesondere die Informationen über die gradierten Eigenschaften verteilt über das Volumen enthält und das Basis für die Synthese von Prozessketten in der nächsten Komponente der Planungsumgebung ist.

Expertensystem: Das Expertensystem synthetisiert auf Basis der Informationen aus dem Voxelmodell mögliche Prozessketten zur Herstellung des Bauteils. Es besteht aus einer Wissensbasis und dem Syntheseverfahren.

Die Wissensbasis enthält alle in den Teilprojekten generierten Informationen bezüglich der Herstellverfahren und den Eigenschaften von funktional gradierten Bauteilen. Das sind z. B. Informationen zur Abhängigkeit der Härte der Flanschwelle von der Aufheiztemperatur des Werkstoffs vor der Umformung. Diese werden in der Wissensbasis strukturiert und zueinander in Beziehung gesetzt. Dazu wird eine Ontologie eingesetzt, die alle Beziehungen der Informationen aufnimmt und den Fertigungsplaner unter anderem bei der gezielten Suche nach Herstellverfahren unterstützt. Ein Ausschnitt aus der Ontologie des Transregio 30 ist in Bild D5-3 dargestellt.

Das Syntheseverfahren schlägt auf Basis der Wissensbasis mögliche Prozessketten zur Herstellung des funktional gradierten Bauteils vor. Dabei wird eine Inferenzmaschine eingesetzt, welche mit Hilfe von Inferezregeln Schlussfolgerungen aus den in der Ontologie strukturierten Informationen ableitet und so die richtigen Fertigungsverfahren auswählt. Einflussfaktoren sind hierbei das Material (Stahl, Aluminium, Kunststoff), die Geometrie und die geforderten Eigenschaften, wie z. B. die Härte oder die Zähigkeit des Bauteils. Die vorgeschlagenen Prozessketten werden zunächst auf Konsistenz geprüft. Dabei werden jeweils Paare von Fertigungsverfahren auf Ihre Verträglichkeit untersucht und so Prozessketten, die technisch nicht sinnvoll sind, von der weiteren Betrachtung ausgeschlossen. Die konsistenten Prozessketten werden anschließend der Prozesskettenoptimierung übergeben.

Modellbildung und Prozesskettenoptimierung: Die Zusammenhänge zwischen den Fertigungsverfahren und den Bauteileigenschaften werden durch empirische (datenbasierte) Modelle beschreiben. Sie basieren somit auf den gesammelten Experimenten des SFB Transregio 30. Die Kenntnis der Zusammenhänge erlaubt die Vorhersage der Eigenschaften des produzierten Bauteils in Abhängigkeit der Fertigungsparameter und damit dessen Qualität (Bild D5-4) Die Modelle werden deshalb zur Auswahl und Optimierung der synthetisierten Prozessketten eingesetzt.

Für die Abbildung der simulativ und experimentell bestätigten Wirkzusammenhänge werden Methoden aus der Planung und Analyse von Computerexperimenten (Design and Analysis of Computer Experiments, DACE) angewendet und für Daten aus realen Prozessen erweitert. Den methodischen Forschungsschwerpunkt stellt dabei die gemeinsame Verwendung von Simulationsergebnissen und Messwerten aus den Prozessen zur Beschreibung der resultierenden Eigenschaftsverteilungen dar.

Die Optimierung der Prozesskette erfolgt unter Einbeziehung der Abhängigkeiten zwischen den Modellen der einzelnen Prozessschritte. Hierfür wird das Konzept der "Technological Interfaces" aufgegriffen. Technological Interfaces beschreiben die Eigenschaften, die das Verhalten der folgenden Prozesse maßgeblich beeinflussen. Diese werden bei der Modellierung als Eingangsparameter berücksichtigt. Die Technological Interfaces stellen somit die Grundlage für die hierarchische Optimierung der Prozessketten dar. Bild D5-5 zeigt die Modellierung der Prozesskette für die Herstellung der funktional gradierten Kunststoffgeometrie aus Teilprojekt A5.

Das Gesamtergebnis der Optimierung ist eine Prozesskette, die ein funktional gradiertes Bauteil erzeugt, dessen Eigenschaften optimal in Bezug auf die in der Bauteilbeschreibung spezifizierten Eigenschaften sind. Sie wird dem Fertigungsplaner mit Hilfe einer Spezifikationstechnik dargestellt. Diese Spezifikationstechnik zur Beschreibung der Konzeption eines Fertigungssystems integriert die Aspekte Arbeitsablauf-, Arbeitsstätten-, Arbeitsmittel- und Materialflussplanung.