Industrielle Produktion neu denken

Prof. Dr.-Ing. Matthias Putz, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik

Technologische Grenzen müssen schneller überwunden und neue Konzepte in die industrielle Anwendung früher überführt werden. Die Fraunhofer-Gesellschaft stellt sich dieser Herausforderung durch wegweisende Ergebnisse auf den Gebieten ressourceneffiziente und urbane Produktion, Produzieren ohne Rohstoffe, Digitalisierung in der Produktion und dem Fabrikarbeitsplatz der Zukunft. Das Fraunhofer-Leitprojekt E³-Produktion verbindet diese Schwerpunkte.

Zwölf Fraunhofer-Institute verfolgen seit 2013 einen ganzheitlichen Ansatz zur Entwicklung von Innovationen, die den Industriestandort Deutschland nachhaltig sichern und das Paradigma „maximale Wertschöpfung bei minimalem Ressourceneinsatz“ fokussieren. Dies spiegelt sich auch im Namen des Projekts wider. Die drei „E“ verkörpern die effiziente Technologie, die energieoptimierte Fabrik und die Einbindung des Menschen als Erfolgsgarant in die Produktion.

Diese drei Komponenten werden einzeln wie auch in ihrem Zusammenwirken und ihren vielfältigen Wechselwirkungen betrachtet. Sie bilden eine Einheit, um Synergien für neue Produkte und Geschäftsmodelle konsequent zu nutzen. Dabei ist beispielsweise der Mensch genauso Teil einer Fabrik wie die energiesparenden Technologien, die er als kreativer Problemlöser für die Umsetzung seiner Aufgabe – die Fabrik effizient zu führen – benötigt.

Intuitiv bedienbare Software-Tools und mobile Endgeräte schaffen eine ergonometrische und inspirierende Arbeitsumgebung. Sie unterstützen den Menschen und machen ihn zum Erfolgsgaranten.

Software-Tools und mobile Endgeräte für eine inspirierende Arbeitsumgebung

Neue Energiemanagementsysteme ermöglichen die Nutzung volatiler Energiequellen für energieintensive Produktionsanlagen.

Energiemanagement-Systeme zur Nutzung volatiler Energiequellen

Dieser umfassende Blick auf die Produktion von Industriegütern ermöglicht es, Input und Output neu zu gewichten und ganzheitliche Ansätze für fertigende Unternehmen zu generieren. Hierfür nutzen die beteiligten Institute ihr wissenschaftliches Knowhow übergreifend, um Pilotanwendungen aus den Kernkompetenzen der Institute zu schaffen und zu komplexen Systemlösungen zu verbinden.

Im Detail bedeutet dies, Sichtweisen zu ändern und Lösungsansätze auf verschiedenen Ebenen voranzutreiben. Unter anderem kann der Ressourcenverbrauch durch den Einsatz beziehungsweise die Nutzung effizienter Technologien gesenkt werden. Dafür ist es notwendig, Ansatzpunkte und Stellhebel zu identifizieren sowie konkrete Aufgaben abzuleiten. Mit einer softwarebasierenden Lösung zur Bewertung ganzer Prozessketten wird es möglich, solche Maßnahmen anzugehen. Diese Methodik kann im operativen Bereich eines Unternehmens eingesetzt werden. Sie gestattet eine allgemeingültige Charakterisierung der gesamten Prozesskette hinsichtlich Energie- und Ressourcenverbrauch, Fertigungs- und Durchlaufzeiten sowie Kosten. Damit wird die Grundlage geschaffen, diese Verbräuche, Zeiten und Kosten durch prozesstechnische Verbesserungen zu senken.

Auch durch den Einsatz neuer Technologien, beispielsweise der Substitution von spanender durch umformende Fertigung, können Materialausnutzung verbessert und Teilprozesse eingespart werden.

Mit der Einbindung des zweiten „E“, der energieoptimierten Fabrik in die Forschungsarbeiten wird es realistisch, die Energie effizienzsteigernd über den gesamten Prozess einzusetzen. Zusätzlich lassen sich durch die Anwendung von Speichermedien auch volatile Energiequellen bedarfsgesteuert nutzen. Dafür wurde ein Energiemanagementsystem erarbeitet, das die drei Funktionalitäten Prognose, Überwachung aller energieintensiven Anlagen sowie ihre Steuerung beherrscht. Für eine energieoptimierte Fertigung ist eine gemeinsame Bewertung der genutzten Technologien, Prozesse und Gebäudehülle zwingend. Hier ermöglicht ein neu entwickeltes Planungstool, Fabriken und deren Abhängigkeiten von Produktionsprozessen und Energiebedarfen zu charakterisieren und somit die Passgenauigkeit der Gebäudetechnik sicherzustellen.

Der Erfolgsgarant Mensch steht im Mittelpunkt der Produktion und trägt entscheidend zu deren Erfolg bei. Er bringtnicht nur Kreativität und Flexibilität in die Prozesse, sondern steht auch als Enabler für Innovationen und Wertschöpfung. Ihn gilt es mit einem modernen Arbeitsumfeld zu inspirieren. Dafür ist es nicht nurwichtig eine durchgängige IT-Infrastruktur sicherzustellen, sondern auch eine Ausstattung mit unterstützenden Systemen zu realisieren. Dazu sind im Leitprojekt E³-Produktion zum einen personalisierte Assistenzkinematiken entstanden, die eine direkte Interaktion mit dem Menschen ermöglichen und unter anderem bei Montageaktivitäten nützlich sind. Zum anderen wurden Systeme entwickelt, die die menschliche Leistungsfähigkeit erhöhen.

Die im Projekt entstandenen Neuerungen fügen sich durch Industrie-4.0-Innovationen zu komplexen IT-Lösungen zusammen und geben einen Ausblick auf das „Produktionsunternehmen der Zukunft“. Es ist zudem möglich, eine Verbindung der Produktion zu vorgelagerten Prozessen herzustellen und somit auch bei der Planung, Steuerung und Organisation beispielsweise logistischer Prozesse zu unterstützen. Diese Entwicklungen werden die industrielle Produktion bereichern und verändern.

 

2017-11-27 Industrielle Produktion neu denken
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