INVESTITIONSGÜTER 4.0 - Die Fabrik von Morgen für die Produkte der Zukunft

INVESTITIONSGÜTER 4.0
Die Fabrik von morgen für die Produkte der Zukunft
Bachelorthesis
Bachelor of Arts, Industrial Design
Nicolai I. Rauser
Matrikel-Nr. 20131058
Juni 2016
Betreuung
Prof. Franz Hinrichsmeyer
Stefan Lippert
Hochschule Magdeburg Stendal
Institut lndustrial Design

INHALT
01 | Motivation 6
02 | Zielsetzung 7
03 | Gender 7
04 | Prolog 8
05 | Recherche 14
5.1 | Geschichtliche Hintergründe 14
5.2 | Entwicklung der Werkzeugmaschinen 16
5.3 | Werkzeugmaschinen Heute 18
5.1 | Fabrik Heute 21
06 | Industrie 4.0 22
6.1 | Definitionen 22
6.2 | Analyse Bedürfnisse 24
6.3 | Prognosen 26
6.4 | Digitalisierung 28
6.5 | Thesen zur Produktionsarbeit der Zukunft 29
6.6 | Von der Natur lernen 30
6.7 | Individualisierung und Personalisierung 31
6.8 | Maßanfertigung von der Stange 34
6.9 | Gesellschaft 4.0 36
07 | Theorie 38
7.1 | Blick in die Zukunft - Vision 2025 38
7.2 | Technologie trifft Manufaktur 43
7.3 | Abläufe in der Fertigung 45
7.4 | Additive Fertigungsverfahren 46
7.5 | Materialien 47
7.6 | Zukunftskonzepte 49
7.7 | 4D-Druck 50
08 | Konzepte 52
8.1 | Konzept 1 54
8.2 | Konzept 2 56
8.3 | Konzept 3 58
8.4 | Auswertung 60
8.3 | Fazit Prozess 62
8.3 | Next Step 65
8.3 | Ausrichtung 66
8.3 | Evolution des Konzepts 68
09 | Detaillierung Prozess & Design 72
9.1 | Package 74
9.2 | Proportionen 75
9.3 | Phase 1 78
9.4 | Phase 2 80
9.5 | Phase 3 82
9.6 | Zusammenfassung 84
10 | Produktionsanlage 86
11 | Produktionseinheit 90
13 | Fazit 100
14 | Anhang 102
14.1 | Quellen 102
14.1 | Bildnachweise 102
15 | Erklärung 105

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
MOTIVATION
ZIELSETZUNG
GENDER
Ich hatte schon seit meiner Kindheit
ein Interesse für Technik und technologische
Fortschritte. Durch meine
Ausbildung als Mechatroniker wurde
dieses Interesse noch weiter unterstützt
und gefördert. Dadurch bekam
ich auch die ersten Einblicke in die
Industrie, ihre Abläufe und Möglichkeiten.
Vier Semester Maschinenbau
und Ferienjobs in der Industrie ließen
mich noch tiefere Einblicke erlangen,
bevor ich zum Industrie Design gewechselt
bin.
Zu dem Thema der Bachelor Arbeit
bin ich durch diese Hintergründe gekommen
und der Tatsache, dass es
im Moment kein Thema in der Indust-
rie gibt, das so sehr polarisiert wie Industrie
4.0. Gleichzeitig wirft es aber
auch viele Fragen auf, was das genau
bedeutet und wie es sinnvoll umgesetzt
werden kann. Dadurch hat sich
mir die Frage gestellt, wie sieht die
Fabrik der Zukunft aus, wenn man einen
Blick auf das Ganze wirft.
Fabrik der Dinge –
Investitionsgüter für Industrie 4.0
Bis 2025 wird sich die Art des Konsums und damit die Produktwelt deutlich verändern.
Neue Materialien und Technologien erfordern neue Wege in der Produktion,
neue Wege der Kommunikation und Zusammenarbeit.
Wie lässt sich eine zunehmende Automatisierung mit dem Wunsch des Kunden
nach Individualisierung vereinbaren?
Ich entwickle das Konzept, wie die Produkte der Zukunft hergestellt werden
können.
Sämtliche Begriffe dieser Arbeit, die
sich absolut oder exemplarisch auf
eine unbestimmte natürliche Person
oder eine Gruppe natürlicher Personen
beziehen und sich dabei nicht explizit
auf Frauen oder Männer beziehen
werden durch zufällige weibliche
oder männliche Formen beschrieben.
Alle Personen, egal welchen Geschlechts
werden durch dies Begriffe
eingeschlossen und angesprochen.
Im Deutschen werden häufig nur die
männliche oder weibliche Form verwendet,
aus diesem Grund und dadurch,
dass Wortkonstruktionen wie
der/die LeserIn oder die Leserinnen
und Leser die Lesbarkeit und den
Sprachfluss beeinträchtigen würden
werden diese Personen mit zufälligen
weiblichen oder männlichen Formen
angesprochen.
6 7

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
PROLOG
Was bedeutet Industrie 4.0? Wohin
könnte die Entwicklung gehen? Wie
gehe ich in dieser Arbeit mit dem Thema
um?
Um einen Einstieg in die Thematik zu
finden und zu verstehen was Industrie
4.0 bedeutet und welche Chancen
sie bietet möchte ich einen Vergleich
zur Entwicklung im Bereich der Büro
IT ziehen. Dieses Beispiel bietet die
Möglichkeit die Entwicklung nachzuvollziehen
und einen Ausblick in die
Zukunft zu wagen, der vielleicht ganz
ähnlich auch im Bereich der Fertigung
stattfinden wird.
Industrie 4.0 wird häufig als Revolution
bezeichnet, ich denke man sollte
es eher als Evolution sehen. Die Entwicklung
geschieht nicht sprunghaft
von einem auf den anderen Tag sondern
vollzieht sich langsam. Produkte
entwickeln sich von Generation
zu Generation weiter und die Möglichkeiten
und Fähigkeiten werden
immer komplexer und umfangreicher.
Grundsätzlich gibt es zwei Arten
der Entwicklung. Zum einen gibt es
die Möglichkeit bereits dagewesenes
zu optimieren und zu ergänzen
und somit eine langsame aber stete
Weiterentwicklung zu erreichen und
zum anderen gibt es die Möglichkeit
in völlig neuen Dimensionen zu denken.
Beide Vorgehensweisen haben
sicher ihre Berechtigung und in der
ersten werden Irrwege und Einbahnstraßen
eher vermieden, da es nicht
viele Möglichkeiten gibt vom Weg
abzuweichen und man notfalls einen
Schritt zurück machen kann und auf
dem bestehenden Weg weitergehen
kann. Die zweite Möglichkeit der
Entwicklung bietet jedoch die Möglichkeit,
die Dinge aus einer ganz anderen
Perspektive zu betrachten und
somit ganz neue Wege zu finden.
Die selektive Wahrnehmung beeinflusst
das Denken und das Gehirn verknüpft
sofort Dinge mit bekanntem.
Betrachten wir die Bilder unten von
links nach rechts so ist ein Männergesicht
zu erkennen, das erst nach
der fünften Abbildung allmählich in
"Wir glauben, was wir sehen und wir
sehen, was wir glauben. "
das Bild einer Frau umkippt. Geht die
Betrachtung umgekehrt von rechts
nach links, so überwiegt in der Regel
zunächst die Wahrnehmung Frau, die
erst relativ spät in die eines Männergesichtes
umschlägt.
Bei welchem Bild dieser Sprung erfolgt,
hängt vom Betrachter und dessen
Wahrnehmungsgewohnheiten,
Prägungen etc. ab.
Um zurückzukommen auf das Thema
meiner Arbeit: Ich möchte Wege aufzeigen,
wie eine Fabrik der Zukunft
aussehen könnte, eine Vision und ein
Szenario entwickeln woraus Konzepte
für das Design der Fabrik der Zukunft
und ihrer Maschinen entstehen
werden.
Für die Entwicklung des Szenarios
ziehe ich die Entwicklung im Bereich
der Ausstattungen in Büros und deren
Funktionen heran um die Evolution
an einem allgemein bekanntem
Beispiel zu verdeutlichen.
Vom Kopf in die Maschine
Mitte des 17. Jahrhunderts wurde die
erste Rechenmaschine entwickelt,
Ziel dieser Idee war es, dem Menschen
bei schwierigen Rechenoperationen
zu unterstützen durch eine
technische Lösung die ihm zur Seite
gestellt wurde.
Im Jahr 1642 entwickelte Pascal
die mechanische Addiermaschine
„Pascaline“, sie konnte als erste anwendungsorientierte
Rechenmaschine
der Welt sechsstellige Zahlen
addieren und subtrahieren. Die Entwicklung
beruhte auf dem Wunsch
seinen Vater zu entlasten, der als
Steuereinnehmer arbeitete. Die Maschinen
waren zwar technisch noch
nicht ausgereift, aber im Großen und
Ganzen erfüllten sie ihre Aufgaben zuverlässig.
Viele Rechenmaschinen, die zu dieser
Zeit entwickelt wurden, waren zwar
theoretisch durchdachte Apparate, es
scheiterte jedoch meist an der technischen
Realisierung, weil Material und
Fertigungsmöglichkeiten nicht ausreichend
ausgereift waren. Ein weiterer
Punkt, der die Umsetzung oft
erschwerte lag darin, dass ein Erfinder
einer neuen Errungenschaft die
Idee erst einmal dem Konstrukteur
vermitteln und dieser in der Lage sein
musste diese auch zu verstehen und
nach den Vorgaben umzusetzen.
Büroarbeit wird mechanisiert
Bis in die Mitte des 19. Jahrhundert
wurden eine große Anzahl an verschiedenen
Rechenmaschinen entwickelt
und realisiert, jedoch wurden
sie nicht Serienmäßig produziert
oder vertrieben. Zu diesen Entwicklungen
gehört auch die von Charles
Babbage entworfene Rechenmaschine,
programmierbar war und die
vier Grundrechenarten beherrschte.
Die Programmiersprache wurde von
Ada Lovelace, einer Mitarbeiterin Babbages
geschrieben und gilt damit
als erste Programmiererin. Der Bau
scheiterte jedoch aufgrund der fehlenden
Einzelteile und finanziellen
Mitteln. Aus heutiger Sicht weiß man,
dass die Maschine funktioniert hätte.
Erst Ende des 19. Jahrhunderts kam
es zu Fortschritten in der Entwicklung
und Produktion von Rechenmaschinen
in Folge der Mechanisierung der
Büroarbeit. Einfache Rechenmaschinen
wurden neben der Entwicklung
von Schreibmaschinen und Registrierkassen
im großen Stil gefertigt
und genutzt.
Bevor es zur eigentlichen Erfindung
des Computers kam, bestimmten
Lochkartenautomaten das Bild in
Büroräumen. Sie läuteten die massenhafte
Verarbeitung von Daten ein
und waren bis in die 1950er Jahre im
Gebrauch.
Zuse läutet ein neues Zeitalter ein
Der Computer, wie wir ihn heute
kennen, als elektromechanische
und schließlich vollelektronische
Datenverarbeitungsanlage ist eine
Erfindung des 20. Jahrhunderts und
wurde mitten während des zweiten
Weltkrieges entwickelt und gebaut
und beruht auf den Forschungen vieler
verschiedener Wissenschaftler.
Zu dieser Zeit beschränkte es sich
weltweit noch auf ein paar wenige
Computer Modelle mit Namen wie
Zuse, Mark oder ENIAC. Diese ersten
Rechner der Menschheit waren um
eine vielfaches größer wie heutige
Modelle und nahmen ganze Räume
ein und besaßen dabei nur den minimalen
Bruchteil der Rechenleistung
die heute jeder Standard PC besitzt.
Mit der Miniaturisierung der Schaltprozesse
und dem ersetzen der großen
Relais durch deutlich kleinere
Transistoren wurde die Entwicklung
von Computern für Home und Office
Anwendungen begünstigt. Anfang
der 70er Jahre präsentierte die Firma
Intel der Fachwelt erstmals eine ganze
Reihe von Transistoren, die platzsparend
auf einem Stück Silizium angeordnet
waren – die Geburtsstunde
des Mikroprozessors. Das Herz eines
jeden Computers.
Damit wurde der Grundstein für die
Abb. 1
Selektive Wahrnehmug
8 9

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
Miniaturisierung des Computer gelegt
und es war nur noch eine Frage
der Zeit wie schnell sich dies entwickeln
würde. Im Jahr 1975 war es
dann soweit, Ed Roberts ein amerikanischer
Erfinder brachte einen
Bausatz für einen Computer für den
Heimgebrauch heraus. Sein Name
sollte Altair 8800 lauten und kostete
397 Dollar, heute eine Legende, da er
der erste Heimcomputer war, der in
einem Laden gekauft werden konnte.
Über diverse Kippschalter konnten
Befehlsfolgen eingegeben werden
und wenn der Benutzer alles korrekt
ausgeführt hatte leuchteten ein paar
Lämpchen auf. Die meisten Menschen
konnten mit diesem Computer
nichts anfangen. Er war noch sehr
unausgereift, wie ein Kopf ohne Arme
und Bein. Er besaß weder Tastatur
und Maus, noch einen Bildschirm zur
Ausgabe. Ebenso fehlte jede Art von
Anwendungsprogrammen oder Software.
Auch wenn der Computer noch sehr
unausgereift war scheint er genau
das gewesen zu sein worauf alle gewartet
hatten. Es kam zu einer unglaublichen
Anzahl an Bestellungen
von Bastlern und Technikfreaks. Ähnlich
wie es heute beim erscheinen eines
neuen Iphone Modells ist.
Den Trend verpasst
Mitte der 70er Jahre brach ein regelrechtes
Computer-Fieber aus und
viele technisch interessierte Tüftler
schlossen sich zusammen und organisierten
sich abseits der großen
Konzerne um ihren eigenen Computer
weiterzuentwickeln. Dabei wurde
erste Schnittstellen entwickelt, dies
ermöglichten Tastaturen anzuschließen
oder einen Monitor zur Ausgabe
der Ergebnisse.
Die Firma Xerox war zu diesem Zeitpunkt
Marktführer für Kopiergeräte
und hatte bereist sehr früh einen
funktionsfähigen Heimcomputer entwickelt,
zeigte jedoch keinerlei Interesse
daran, den Computer auf den
Markt zu bringen. Xerox, wie auch
IBM unterschätzten schlichtweg das
Potential des Marktes für Heimcomputer
und erkannten nicht rechtzeitig
die vielversprechende Zukunft dieser
neuen Errungenschaft.
Revolution der Computer
Durch die zögernde Haltung der Großen
Firmen wurde der Weg geebnet
für junge Visionäre und geniale Bastler,
So auch Steve Jobs und Steve
Wozniak die sich in einem der Altair
Clubs kennenlernten und gemeinsam
Apple gründeten, was sich daraus
entwickelt sehen wir heute noch.
Apple ist bis heute stilprägend in der
Entwicklung der Heimcomputer.
Ein weiterer Meilenstein gelang
Microsoft-Gründer Bill Gates indem
er Anfang der 80er Jahre die dringend
benötigte Software entwarf und
seine Betriebssysteme Windows und
MS-DOS massentauglich machte und
erfolgreich vermarktete.
Computertechnik verändert die
Welt
Längst steuern die komplexen Rechenmaschinen
der heutigen Zeit
unsere Flugzeuge, Autos und Fotoapparate,
und auf den meisten Schreibtischen
steht ein Computer. Sie sind
„Ich glaube, dass es auf der Welt
einen Bedarf von vielleicht fünf Computern
geben wird.“
Thomas Watson,
Vorstandsvorsitzender IBM 1943
aus nicht mehr wegzudenken, aus
Beruf, Alltag und Freizeit.
Computer organisieren und ordnen
und organisieren unsere Wirtschaft
und Industrie, lenken den Transport
und Verkehr. Computer stellen zentrale
Werkzeuge der Wissenschaft,
Technik und Medizin dar. Computer
spielen eine zentrale Rolle bei militärischen
Auseinandersetzungen und in
Kriegen, in Friedenszeiten simulieren
sie komplexe klimatische Veränderungen
und helfen, Naturkatastrophen
frühzeitig zu erkennen.
Die wichtigste Rolle spielt der Computer
heute in der zwischenmenschlichen
Kommunikation. Internet und
E-Mail verbinden durch den Computer
Menschen an den entferntesten
Orten miteinander, Informationen
und Daten lassen sich in Sekundenbruchteilen
austauschen, abrufen
und verbreiten. Sie lenken vollautomatische
Prozesse und die Entwicklung
setzt sich immer schneller fort.
Die Entwicklung wird immer schneller
in kürzeren Zeitabschnitten. Das
Rad der Geschichte lässt sich nicht
mehr zurückdrehen, ohne Computer
wäre die Komplexität der modernen
Industrienationen heute nicht aufrecht
zu erhalten.
Abb. 2
Rechenmaschine
Pascaline
Abb. 3
Lochkarten Locher
Abb. 4
ALTAIR 8800
Verknüpfung der Entwicklung
Anhand von Meilensteinen der Entwicklungen
und Prozesse im Ablauf
des Verfassens von Briefen, Rechnungen
und der Buchhaltung möchte ich
die Verknüpfung zur Entwicklung der
Maschinen und Prozesse in der Fertigung
von Produkten ziehen.
Die Entwicklung der Fertigungsmaschinen
weißt sehr viele parallelen
zur Entwicklung der IT in Büros auf,
allerdings befindet sie sich noch einige
Schritte hinter dem heutigen
Stand der Büro- und Drucktechnik,
was die Vermutung zulässt, dass die
Entwicklung in eine ganz ähnliche
Richtung gehen wird.
10 11

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
Rechnungen und Briefe werden
von Hand geschrieben, die Buchhaltung
wird in Büchern festgehalten
Das Bleisatz Verfahren erleichtert
das verfielfältigen von Informationen
Die Rechenmaschine dient dem
Menschen als Unterstützung bei
der Buchhaltung und dem Lösen
von Mathematischen Problemen
Mit der Schreibmaschine lassen
sich Briefe in einheitlicher Form
verfassen und Vervielfältigen
Rechnungen werden direkt
ausgedruckt udn können so überprüft
und archiviert werden
Erstmals Vorverarbeitung der
eingegeben Zeichen möglich
sowie deren Speicherung z. B. in
einen Zeilenspeicher
Dokumente können formatiert
und beliebig oft ausgedruckt
werden. Jede Seite kann ein unterschiedliches
Layout haben.
Farb Dokumente können
gedruckt, gescannt und per Fax
direkt verschickt werden.
Dokumente können gedruckt,
gescannt und per Fax/Mail direkt
verschickt werden. Es besteht
die Möglichkeit Dokumente zu
lochen, heften und zu falten.
VErbrauchsmaterial wird selbstständig
bestellt.
Dokumente werden automatisch
personalisiert, gedruckt, gefaltet,
kuvertiert, und versendet. Als
Beispiel, die Erinnerung an die
Termingerechte Abgabe der Einkommenssteuererklärung.
Keine persönliche Erinnerung an
die Abgabe der Steuererklärung
mehr nötig. Der Computer, kennt
den Stichtag, fügt eingescannte
Belege ein und übermittelt die
Steuererklärung elektronisch.
To be continued...
EVOLUTION ZU CYBER-PHYSICAL SYSTEMS
AM BEISPIEL DER BÜRO IT
Abb. 5-5.8
Evolution der Drucktechnik
Mit jeder Entwicklungsstufe steigende
– nutzerzentrierte Funktionalität
– Vernetzung und Einbettung in die Umgebung
– Komplexität möglicher Wirkketten
– Koordination beteiligter Systeme
– Mensch-Maschine-Kooperation
– vielfältige Nutzungsrisiken
12 13

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
1. Industrielle Revolution
2. Industrielle Revolution 3. Industrielle Revolution 4. Industrielle Revolution
RECHERCHE
GESCHICHTLICHE HINTERGRÜNDE
Die Industrialisierung ermöglichte
es den Menschen Gebrauchsgüter in
großen Mengen herzustellen. Alle benötigten
Güter müssen vorab durch
den direkten oder indirekt en Einsatz
von Werkzeugen und Werkzeugmaschinen
hergestellt werden.
Die ersten Werkzeugmaschinen wurden
bereits vor 6000 Jahren gebaut
und dienten als Bohrvorrichtung. Mit
einem Fidelbogen, der einen knöchernen
Bohrer in Bewegung versetzte
konnten so die ersten Löcher
gebohrt werden.
Die Werkzeuge entwickelten sich weiter
und es folgten Maschinen zum
Schleifen, Drehen und anderer einfa-
cher Bearbeitungsarten. Im Laufe von
Jahrhunderten verbesserten sich die
Bearbeitungsmaschinen und wurden
immer präziser, Leistungsfähiger und
komplexer.
Ende des 18. Jahrhunderts stieg der
Bedarf an Werkzeugmaschinen, bedingt
durch die Industrialisierung
sprunghaft an und es wurden eine
Vielzahl an zerspanenden Maschinen
und Maschinen zur spanlosen Verformung
entwickelt.
Heute haben die komplexen hochleistungs
Bearbeitungszentren kaum
noch etwas mit ihren Vorgängern zu
tun, da sich auch die Fertigungsverfahren
weiterentwickelt haben.
1784
Mechanisierung
Mit der Erfindung der Dampfmaschine
konnte sich die Industrie unabhängiger
von der menschlicher Muskelkraft machen
1870
Elektrifizierung
Die elektrische Energie ebnete den Weg
zum Wohlstand für die Gesellschaft dank
Massenproduktion.
1969
Automatisierung
Elektronik und Informationstechnologien
brachten die Digitalisierung in die Fabriken.
Maschinen übernahmen Tätigkeiten, die
bisher per Handarbeit verrichtet werden
mussten.
2014
Vernetzung
Maschinen, Menschen, Bauteile und Softwaresysteme
kommunizieren mit- und
untereinander.
14 15

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
ENTWICKLUNG DER WERKZEUGMASCHINEN
Moderne Werkzeugmaschinen
Heutige Werkzeugmaschinen sind meist modular aufgebaut und verfügen bereits
über viele automatisierte Arbeitsschritte. Ein weiteres Merkmal sind Werkzeugspeicher-
und Werkzeugwechsler, sowie Messsysteme und Entsorgungseinrichtungen.
In einigen Teilen der Montage und Fertigung arbeiten bereits
Mensch und Maschine zusammen.
Abb. 8
Bearbeitungszentrum
Ursprünge der Werkzeugmaschinen
Abb. 6
Mechanische Werkstatt
In der Anfängen der Werkzeugmaschinen bestimmten Raum große Maschinen
und Anlagen die Atmosphäre der Werkstätten. Dreh- und Bohrgeräte wurden
im 18. und 19. Jahrhundert von Vorgelegen und gemeinsam genutzten Transmissionswellen
angetrieben.
Abb. 7
Klassische Drehbank
Klassische Werkzeugmaschinen
In den 1950er und 60er Jahren haben Transmission und Lederriemen bereits
ausgedient und sind aus den Fabriken verschwunden. Die Maschinen verfügen
über einen Einzelantrieb, der durch Elektromotoren realisiert wird. Die Einführung
von neuen Schneidstoffen wie Hartmetall und Keramik ermöglichen einen
deutlichen Anstieg von Schnittgegeschwindigkeit und die Reduzierung von
Produktionszeiten.
Abb. 9
Automobilfertigung
16 17

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
WERKZEUGMASCHINEN HEUTE
Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren
in heutigen Fabriken
zeichnen sich doch hohe Schnitttgeschwindigkeiten
und eine Ausgabe
von große Stückzahlen aus. Erste Maschinen
verfügen bereits über interne
Messsysteme und Anbindung an die
IT. Fertigungsverfahren werden in
Bearbeitungszentren kombiniert und
auch neue Verfahren, wie zB. additive
Fertigung, wie sie beim 3D-Druck
stattfindet, halten langsam Einzug in
die Produktion. Roboter nehmen den
Menschen monotone Arbeitsschritte
ab und arbeiten teilweise schon Hand
in Hand mit dem Mitarbeiter zusammen
ohne durch Schutzmechanis-
men abgekoppelt zu sein.
Bearbeitungszentren kombinieren
spanende Verfahren wie Drehen,
Fräsen und Bohren und additive Fertigung
wie Laserauftragsschweißen
in einer Maschine. Dadurch lässt sich
eine generative Fertigung in Fertigteilqualität
realisieren.
Abb. 11
DMC 80 U duoBLOCK
5-Achs-Maschine
Drehpalettenwechsler
Radmagazin mit 0,5
Sekunden
Werkzeugwechselzeit und
bis zu 453 Werkzeugen
Schnittstelle für Roboter,
Automatische Schiebehaube
und Futterspülung.
Revolver mit 12
angetriebenen
Werkzeugstationen .
3D-Steuerungstechnologie
5-Achs Fräsmaschine
Simultantisch - mit drei
bis fünf Achsen
via Induktion die Ultraschall-
Hochfrequenz
von der Spindel auf die
Werkzeugaufnahme
übertragen
Abb. 13
EcoTURN 510
Abb. 10
EcoZ-Roboterzelle
Übernimmt Be- und Entladen
der
Werkzeugmaschine, sowie
Palettieren.
Variabel an Maschinen
einsetzbar.
Optionale Bearbeitungsfunktionen.
Abb. 12
Lasertec 64-3D
5-Achs-Fräsmaschine
Laserauftragsschweißen
mit vollautomatischem
Wechsel zwischen Fräsund
Laserbetrieb
Abb. 14
ULTRASONIC 70
18 19

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
FABRIK HEUTE
Abb. 15
Moderne Fabrikhalle
Abb. 16
Netzwerktechnik
Heutige Fabriken zeichnen sich durch Hochleistungsbearbeitungszentren aus
und bereits viele Abläufe und Arbeitsschritte sind automatisiert. Fertigungsstraßen
setzen sich aus Robotern und Arbeitsplätze in der Mensch und Maschine
zusammenarbeiten zusammen. Effiziente Antriebe und intell igente Automatisierungslösungen
erhöhen die Produktivität. Integrierte Antriebs lösungen
verringern die Kom plexität der Anlagen. Perfekt vernetzte Antriebs techniken
sorgen für fehlerfreie Prozesse. Flurförderfahrzeuge informieren den Mitarbeiter
über Aufgaben und erste autonome Fahrzeuge erledigen Kommisionieraufgaben.
Hersteller besitzen die Möglichkeit zur Fernwartung, wenn Fehler auftreten
und Mitarbeiter erfahren über Smartwatches von Fehlern und Ausfällen,
um diese zu beheben.
20 21

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
DEFINITIONEN
INDUSTRIE 4.0
Industrie 4.0
Die vierte industrielle Revolution wird
unter dem Begriff 4.0 zusammengefasst
und steht für eine neue Stufe
der Organisation und Steuerung der
gesamten Wertschöpfungskette über
den Lebenszyklus von Produkten.
Der Lebenszyklus der Produkte orientiert
sich dabei an der zunehmenden
Nachfrage nach Individualisierung
seitens der Kunden. Er erstreckt sich
dabei von der Idee, dem Auftrag, über
die Entwicklung und Fertigung, die
Auslieferung an den Endkunden bis
hin zum Recycling des ausgedienten
Produkts. In diesem Lebenszklus eingeschlossen
sind alles damit verbundenen
Dienstleistungen.
Als Grundlage dient dafür die Verfügbarkeit
aller relevanten Daten in
Echtzeit. Dies wird durch die Vernetzung
aller an der Wertschöpfungskette
beteiligten Bereiche gewährleistet.
Die Verbindung von Menschen, Objekten
und Systemen lässt echtzeitoptimierte
und selbst-organisierte
Wertschöpfungsnetzwerke entstehen,
die sich nach unterschiedlichen
Kriterien optimieren lassen.
(Plattform Industrie 4.0, 2015)
Industrie 4.0 dient als Vision, welche
die Industrie in der Zukunft be-
schreibt. Die Hauptmerkmale und
Potenziale liegen dabei vor allem in
der Realisierung einer hochflexiblen,
hoch-produktiven und ressourcenschonenden
Produktion. Dadurch
lassen sich hoch individualisierte
Produkte unter den wirtschaftlichen
Rahmenbedingungen einer Massenfertigung
umsetzen. Engineering,
Produktion, Logistik. Service und Vermarktung
sind dabei unternehmensübergreifend
vernetzt.
Die Vision von Industrie 4.0
Die Vision von Industrie 4.0 bedeutet
für den Maschinen- und Anlagenbau
das Erreichen der folgenden vier Ziele
(Plattform Industrie 4.0, 2015)
1. Horizontale Integration: Die Smart
Factory passt sich stets den neuen
Gegebenheiten (wie beispielsweise
Auftragslage und Materialverfügbarkeit)
an und optimiert selbstständig
ihre Produktionsprozesse. Hierzu ist
sie in die Wertschöpfungskette mit
Zulieferern und Kunden vernetzt.
2. Vertikale Integration: In der Smart
Factory werden Menschen, Maschinen
und Ressourcen digital abgebildet
und kommunizieren miteinander
über cyber-physische Systeme (CPS).
3. Smart Products verfügen sowohl
über Informationen bezüglich des
eigenen Herstellungsprozesses als
auch über die Fähigkeit Daten während
der Fertigungs- und Nutzungsphase
zu sammeln und zu kommunizieren.
Dies ermöglicht das digitale
Abbild in der Smart Factory und das
Angebot von datenbasierten Dienstleistungen
für den Kunden in der Nutzungsphase.
4. Der Mensch als Dirigent der Wertschöpfung.
Der Aufbau dieser Systeme
ist kein Selbstzweck sondern
wird nur stattfinden, wenn dadurch
Erfolg versprechende Geschäftsmodelle
realisiert werden. Dabei können
durchaus unterschiedliche Aspekte
im Fokus stehen.
Durch Industrie 4.0 Technologien sollen
kleine kundenindividuelle Losgrößen
bei optimalen Kapazitätsauslastungen
erreicht werden. Die rentable
Produktionsmöglichkeit von Losgröße
eins und Leerkosten null beschreiben
diese Vision.
Smart Products
Um eine automatisierte, flexible und
effiziente Produktion zu ermöglichen,
sind Smart Products als Baustein eines
Gesamtkonzepts „Smart Factory“
nötig. Physische Produkte werden
mit IKT-Komponenten (Informationsund
Kommunikationstechnologie)
wie Beispielsweise Sensoren oder
RFID ausgestattet, um an Informationen
über die Umwelt und den eigenen
Zustand zu sammeln. Erst wenn die
Produkte Daten sammeln, ihren Weg
durch die Produktion kennen und
mit den übergeordneten Systemen
kommunizieren, können Produktionsprozesse
in Echtzeit selbstständig
verbessert und gesteuert werden. Zudem
kann der Zustand der einzelnen
Produkte überwacht und optimiert
werden. Mögliche Einsatzfelder gehen
über die eigentliche Produktion
hinaus. Durch den Einsatz von Smart
Products in der Nutzungsphase werden
neue Dienstleistungen erst möglich,
etwa durch die Kommunikation
zwischen Kunde und Hersteller.
Smart Factory
Die erfolgreiche Umsetzung von Industrie
4.0 ermöglicht eine dezentrale
und hoch-automatisierte Produktion.
Im Gegensatz zur klassischen Fertigung
werden intelligente Werkstücke
den Fertigungsprozess steuern und
überwachen und sich in der finalen
Ausbaustufe eigenständig durch die
Fertigung lenken. Dies geschieht geschieht
in der Umgebung der Smart
Factory . Die Smart Factory beschreibt
dabei eine Produktionsumgebung in
der sich Fertigungsanlagen sowie Logistiksysteme
ohne menschliche Eingriffe
weitgehend selbstoptimieren.
Die Grundlage hierfür sind cyber-physische
Systeme. Diese bilden die Verbindung
zwischen der physischen
und virtuellen Welt, indem sie über
eine IT Infrastruktur, das „Internet
der Dinge“ kommunizieren. Darüber
hinaus umfasst Industrie 4.0 die Intelligent
Datenaufnahme, -speicherung
und -verarbeitung zur Erzeugung eines
digitalen Abbilds. Das Konzept
der Smart-Factory gewährleistet also
eine effizientere Informationsbereitstellung
und Ressourcennutzung.
Produktionsanlagen, Informationssysteme
und Menschen müssen über
die Unternehmensgrenze hinweg in
Echtzeit zusammenwirken. Durch
diese vernetzten Systeme entstehen
große Datenmengen, die verarbeitet,
analysiert und eingebunden werden. 1
22 23

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
16,3%
Stimme voll zu
60,3%
Stimme nicht zu
15,7%
Stimme voll zu
ANALYSE BEDÜRFNISSE
60%
Im Maschinenbau befassen sich mit
Industrie 4.0.
58,9%
Stimme nicht zu
In unserer Produktion
können die meisten
Ereignisse durch technische
Systeme ohne
menschliches Zutun
erkannt werden
24,8%
teils/teils
Der Begriff cyber-physische
Systeme (CPS) und seine Bedeutung
ist Ihnen vollständig
bekannt
Industrie 4.0 hat einen großen Anteil
der Zukunftskonzepte vieler Unternehmen
des deutschen Maschinenund
Anlagenbaus. Eine IMPULS Studie
aus dem Oktober 2015 untersucht
die Industrie 4.0 Readiness, also die
Bereitschaft und Fähigkeit der Unternehmen
zur Umsetzung von Industrie
4.0 Konzepten. Dabei wurde der aktuelle
Umsetzungsstand empirisch
ermittelt.
Drei von fünf Maschinen- und Anlagenbauunternehmen
beschäftigt sich
bereits intensiv mit Industrie 4.0, im
Vergleich dazu liegt die Prozentzahl
im gesamten Verarbeitenden Gewer-
be bei zehn Prozent.
Der Maschinen- und Anlagenbau sieht
mehr Chancen in der Umsetzung von
Industrie 4.0 wie Risiken die dadurch
auftreten könnten.
Industrie 4.0 hat einen großen Anteil
der Zukunftskonzepte vieler Unternehmen
des deutschen Maschinenund
Anlagenbaus. Eine IMPULS Studie
aus dem Oktober 2015 untersucht
die Industrie 4.0 Readiness, also die
Bereitschaft und Fähigkeit der Unternehmen
zur Umsetzung von Industrie
4.0 Konzepten. Dabei wurde der aktuelle
Umsetzungsstand empirisch
ermittelt.2
Quellen:
“Industrie 4.0-Readiness” Studie,
IMPULS-Stiftung des VDMA
“Produktionsarbeit der Zukunft –
Industrie 4.0” Studie,
Fraunhofer IAO
90%
Sehen deutliche Chancen sich
durch die Umsetzung von Industrie
4.0 am Markt zu differenzieren
86,3%
Stimme voll zu
4,8%
Stimme nicht zu
Die Produktion wird
sich in den nächsten
5 Jahren häufiger an
neue Produkte und
Prozesse anpassen
müssen
8,9%
teils/teils
24%
teils/teils
24 25

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
PROGNOSEN
Zahlen, Fakten und Prognosen zu Industrie 4.0 und ihrer Entwicklung.
Umsatz für additive manufacturing
(3D-Druck, bezogen auf Systeme, Dienstleistungen und Material)
in Mrd. € Weltweit
50,1%
18,5 Millionen
Anzahl der Beschäftigten im deutschen Industriesektor
50
Milliarden
verknüpfte
Geräte in 2020
Zusätzliches Wertschöpfungspotential im Anlagen und
Maschinenbau
Wachstum der Industrieroboter
Anzahl weltweit
4,5
7,7
400.000
2,2
4,2%
175.000
290.000
2013 2018
(progn.)
2023
Haben cyberphysische Systeme in ihre
Produkte bereits implementiert
2013 2016
(Prognose)
2018
(Prognose)
26 27

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
PHYSISCH
VIRTUELL
THESEN
ZUR PRODUKTIONSARBEIT
DER ZUKUNFT
Smart Factory
Für eine erhöhte Transparenz
und erweiterte Planungsfähigkeit
werden Assets mit Sensorik
ausgestattet und vernetzt
Smart Products
Das Produkt denkt mit und
steht auch nach dem Verkauf
mit dem Hersteller in
Verbindung
DIGITALISIERUNG
Smart Operations
Die Smart Factory ermöglicht
eine flexible Produktionsplanung
und -steuerung
Data-driven Services
Durch die Vernetzung von
Produkt, Hersteller und Kunde
eröffnen sich neue Märkte für
Dienstleistungen
Automatisierung wird für immer kleinere
Serien möglich – dennoch bleibt
menschliche Arbeit weiterhin wichtiger
Bestandteil der Produktion.
Flexibilität ist nach wie vor der Schlüsselfaktor
für die Produktionsarbeit in
Deutschland – in Zukunft aber noch
kurzfristiger als heute.
Flexibilität muss in Zukunft zielgerichtet
und systematisch organisiert
werden – »Pauschal- Flexibilität«
reicht nicht mehr aus.
Industrie 4.0 heißt mehr als CPS-Vernetzung.
Die Zukunft umfasst intelligente
Datenaufnahme, -speicherung
und -verteilung durch Objekte und
Menschen.
Dezentrale Steuerungsmechanismen
nehmen zu. Vollständige Autonomie
dezentraler, sich selbst steuernder
Objekte gibt es aber auf absehbare
Zeit nicht.
Sicherheitsaspekte (Safety und Security)
müssen schon beim Design intelligenter
Produktionsanlagen
berücksichtigt werden.
Aufgaben traditioneller Produktionsund
Wissensarbeiter wachsen weiter
zusammen. Produktionsarbeiter
übernehmen vermehrt Aufgaben für
die Produktentwicklung.
Mitarbeiter müssen für kurzfristigere,
weniger planbare Arbeitstätigkeiten
On-the-Job qualifiziert werden. 3
28 29

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
VON DER NATUR LERNEN
INDIVIDUALISIERUNG UND
PERSONALISIERUNG VON PRODUKTEN
Die Forscher im Bereich der Bionik
versuchen technische Probleme zu
lösen, indem sie von der Natur lernen.
Dabei ist der zentrale Gedanke
die Funktionen und Strukturen von
lebenden Systemen auf ihre technischen
Abbilder zu übertragen. Dabei
lassen sich einzelne Eigenschaften
kopieren oder ganze Lebewesen in
ihrer gesamten Komplexität. Lebewesen
werden dabei als High-Tech-System
gesehen und dadurch eröffnet
sich die Möglichkeit, den scheinbaren
Widerspruch zwischen Natur und
Technik zu überwinden.
Anwendungen der Bionik
Klassische Bionik umfasst meist die
Bereiche Bau und Klimatisierung,
Konstruktionen und Geräte, Formgestaltung
und Design, Verfahren
und Abläufe sowie Materialien und
Strukturen und deren Anwendungen.
Neben Abläufen und technischen
Konstruktionen spielt auch das Forschungsfeld
der biologischen Materialien
eine wichtige Rolle und bietet
ein hohes Anwendungspotential. Vor
allem dadurch, dass sie ressourceneffizient
gestaltet sind und sich durch
eine hohe Stabilität und Funktionalität
bei gleichzeitig geringem Materialeinsatz
auszeichnen.
Schwarmintelligenz
Als Forschungsgebiet der sogenannten
neuen Bionik gilt unter anderem
die Aufmerksamkeit den evolutionstheoretisch
motivierten Entwicklungen
in der Informationstechnik und
der Organisation kollektiver Prozesse.
Um bei der Organisation von komplexen
Projekten von der Natur zu lernen
werden Phänomene wie die „Schwarmintelligenz“
untersucht und analysiert.
Das Internet wurde in den
vergangenen zwei Jahrzehnten zum
technischen Abbild, dass der Einzelne
immer stärker eingebunden ist in eine
unüberschaubare Anzahl von sich
ausbreitenden und sich immer weiter
verdichtenden Netzwerken.
Mit dem Aufkommen der allgegenwärtigen
Anwesenheit von Computern
in den bevorstehenden Jahrzehnten
wird sich auch ein Wandel im
Bereich der Netzwerke zeigen.
Ein Aspekt der dabei im Mittelpunkt
steht ist die neue Metapher des
Schwarms als Organisationsprinzip.
Der Schwarm besteht aus einer Vielzahl
an Individuen, die durch die direkte
Kommunikation untereinander
miteinander agieren, was zur Steigerung
der Effizienz beträgt.
Die Masse als Intelligenz
Ein Bedeutender Vorteil eines
Schwarms besteht darin, sich schnell
zu formieren und ohne vorherige Planung
flexibel und koordiniert zu handeln.
Schwarm-Intelligenz tritt in der
Natur vor allem bei sozialen Insekten
wie Ameisen, Bienen oder Termiten
auf aber auch Fischschwärme können
diese Dynamik annehmen.
Jedes dieses Tiere scheint seiner eigenen
Aufgabe nachzugehen ohne
dass es einer übergeordneten Überwachung
bedarf aber dennoch wirken
diese Kollektive hoch organisiert
und verfolgen einen gemeinsamen
Zweck. Scheinbar ist das Geheimnis
der Schwarm-Intelligenz die kollekti-
ve Selbstorganisation der einzelnen
Teilnehmer. Die Wissenschaft versucht
bereits seit einigen Jahren diese
Gruppen-Strategien abzubilden
und zu modellieren, um sie auf komplexe
Problemstellungen und Optimierungsaufgaben
zu übertragen.
Schwarm-Modelle für die künftige
Technologie-Entwicklung werden sicher
eine zentrale Rolle spielen aber
auch in anderen Bereichen kann
dieses Thema angewandt werden.
Swarming könnte in den kommenden
Jahren zu einer wichtigen Geschäftsstrategie
werden. Ziel einer
„schwärmenden Organisation“ ist es,
Infrastrukturen zu schaffen, um die
selbst-organisierte und sehr schnelle
Bildung von entscheidungs- und
handlungsfähigen Teams zu unterstützen,
die sich nach Erfüllung der
Aufgabe wieder auflösen.
Neben der Evolution zur Industrie 4.0
möchte ich ein weiteres wichtiges
Themenfeld in diese Arbeit einfließen
lassen.
Es zeichnet sich ein Megatrend in unserer
Gesellschaft ab, der zwangsläufig
Überschneidungen und Überlagerungen
in der Gestaltung der Fabrik
von morgen hat:
Individualisierung als Vorteil
Der Trend der Individualisierung und
Personalisierung von Produkten.
Dieser Trend zeichnet sich sowohl bei
den Produkten für den Endverbraucher
als auch bei den Maschinen, die
diese Produkte herstellen, ab. Er ist
also unumgänglich und spielt eine
wichtige Rolle bei der Entwicklung
eines Konzeptes für die zukünftige Fabrik
und ihrer Maschinen.
Was steckt hinter diesem Megatrend?
Individualisierung ist ein dominierender
Megatrend des 21. Jahrhunderts,
der das Streben der Menschen nach
Autonomie und Selbstbestimmung
beschreibt. In vergangenen Generationen
war der Einzelne von traditionellen
Institutionen wie Kirche, Staat
und Familie definiert. Er wuchs in
vordefinierten und traditionellen Rollen
auf und behielt diese sein Leben
lang bei. Erst mit der Verbreitung von
Bildung, Wohlstand und Mobilität erweitert
sich das Spektrum der Optionen,
die dem einzelnen zur Verfügung
stehen und ihm damit eine gewisse
Macht geben, die Macht zur Selbstbestimmten
Definition seiner Person
und den eigenen Präferenzen.
Dies führt aber auch dazu, dass sich
in der Gesellschaft eine Individualisierung
feststellen lässt, durch eine
erhöhte Vielfalt an Werten und Normen.
Im Bereich der Konsummärkte
Abb. 17
Individualisierung
30 31

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
führt eine fortschreitende Individualisierung
zu einer weiteren Aufspaltung
der Branchen in immer kleinere
Märkte und führt zu einem Ende der
Massenmärkte und gleichzeitig zu einer
Wiederbelebung des individualisierten
Produkts.
Individualisierung für die Masse
Im 20. Jahrhundert war die individuelle
Fertigung eines Produktes,
die Jahrhunderte lang der Normalfall
war, noch ein Luxussegment und
konnte nur gegen einen deutlichen
Aufpreis in Anspruch genommen werden.
Die industrielle Massenproduktion
bestimmte Wirtschaft und Alltag
und zielte auf Produktivität und Rentabilität
in der Wertschöpfungskette
ab, um möglichst hohe Renditen zu
erreichen. In Folge der Globalisierung
und des damit verbundenen Kostendrucks
auf das produzierende Gewerbe
sind neue Ideen im Umgang mit
der Wertschöpfung gefragt.
Potentiale bieten hierbei die Informations-
und Kommunikationstechnologien,
welche das Konzept der Mass
Customization ermöglichen. Das bedeutet,
dass Güter für eine relativ große
Zahl an Konsumenten individualisiert
werden können. Dies bietet die
Möglichkeit zur kundenindividuellenl
Massenfertigung, die dabei nahezu
die gleiche Effizienz aufweist wie die
reine Massenfertigung.
Inzwischen gibt es einige Indikatoren,
die darauf hinweisen, dass dieser
individuellen Produktion eine Wiederbelebung
bevorsteht und sie die
industrielle Produktion in Zukunft
nachdrücklich verändern wird. Dabei
spielen neben den Informations- und
Kommunikationstechnologien auch
neue Materialien und Technologien
in der Fertigung eine wichtige Rolle.
Eines der Verfahren, welches in der
Zukunft noch eine große Rolle spielen
wird, ist die Technik des „Rapid Prototyping“.
Anfänglich diente es lediglich
der schnellen Anfertigung von Mustern
und Modellen, inzwischen hat
sich das Verfahren weiterentwickelt
und dank der ausgereiften Technik
lasen sich bereits die unterschiedlichsten
Materialien verarbeiten und
in Fertigteil Qualität ausgeben.
Neues Fertigungsverfahren
Einen entscheidenden Vorteil bieten
die Rapid-Technologien vor allem
dort, wo Produkte mit komplexen
Strukturen schnell, flexibel und in
kleiner Stückzahl hergestellt werden
sollen. Die „Rapid Prototyping Technik“
wird sich in diesem Segment
weiterentwickeln und es wird ohne
großen Aufwand möglich sein, persönlich
zugeschnittene Produkte zu
entwickeln, um sie dann zu Hause
oder im in einem 3D-Drucker-Fachgeschäft
auszudrucken.
Abb. 18
Auto Konfigurator
Abb. 19
Fahrrad Konfigurator
Abb. 20
Möbel Konfigurator
Die technische und damit einhergehend
auch die soziale Vernetzung,
welche mit der Digitalisierung realisiert
wird ist ein Motor des Megatrends
der Individualisierung. Neue
Funktionen der technologischen Vernetzung
bieten Kunden die stärkere
Einbindung in Herstellungs- oder
auch Veredelungsprozesse der Produkte.
Die Vernetzung führt dazu,
dass nicht nur Menschen untereinander
kommunizieren, sondern auch
Maschinen wie Beispielsweise Autos,
die sich gegenseitig über die aktuelle
Verkehrslage und Staumeldungen
austauschen.
Der Trend greift nicht nur in die Entwicklung
der Produktion und der
Produkte ein, sondern zeichnet sich
vielmehr in allen Bereichen ab, so
hat er auch die Arbeitswelt längst erreicht.
Informationen teilen
Die Art zu arbeiten ändert sich ebenso
wie die Art zu kommunizieren und
konsumieren, Wissen zu erlangen
oder weiterzugeben. Informationen
zu beschaffen und zu teilen.
Diese Prozesse werden dabei vom
Internet unterstützt bzw. überhaupt
erst möglich gemacht. Es lassen sich
innerhalb kürzester Zeit personalisierte
oder eigen angefertigte Produkte
erstellen und in Auftrag geben.
Es werden aber nicht nur die Produkte
individualisieren lassen, sondern
die Kunden können sich an der Gestaltung
des Produkts und auch am
Produktionsprozess beteiligen und
sich in die Prozesse einbringen.
Crowdsourcing unterstützt die Prozesse,
indem sich Konsumenten im
Vorfeld bei der Ideengenerierung
beteiligen und sich durch Kundenmeinungen
neue Märkte erschließen
können.
Der heutige Konsument wünscht sich
nicht nur die Auswahl aus einer vorgegebenen
Palette an Standardprodukten
treffen zu können, sondern
möchte Produkte, die individuell auf
ihn angepasst sind und eine persönliche
Note enthalten.
Nahezu unendliche Möglichkeiten
Das wohl bekannteste Beispiel ist die
Bestellung eines Neuwagens.
Die Automobilbranche ist im Bereich
der Individualisierung vielen anderen
Branchen schon weit voraus. Das eigene
Fahrzeug kann mit einem Konfigurator
individuell zusammengestellt
werden und nach den Bedürfnissen
des Fahrer ausgestattet werden. Dabei
gibt es eine unglaubliche Anzahl
an Entscheidungen, die getroffen
werden muss, wenn ein neues Auto
bestellt werden soll.
Kennen Sie den „Opel Adam“, den
kleinen Stadtflitzer von Opel?
Hier gibt es schier unendliche Kombinationsmöglichkeiten.
Der Kunde
hat die Qual der Wahl: Zwölf Außenfarben,
drei Dachfarben, fünf farblich
abgegrenzte Grillspangen, über vierzig
Radvarianten und fast zwanzig
verschiedene Innenraumdekore. Hinzu
kommen fünfzehn unterschiedliche
Polster, elf Dekorelemente sowie
acht Premium-Dekorelemente
für Armaturentafel, Schaltkonsole
und Türen, drei Design- und zwei
LED-Dachhimmel, sechs Color-Innenrückspiegel
sowie sechs verschiedene
Fußraumteppiche.
Wie sieht ihr individuell für Sie gefertigter
Wagen aus?
Nach Aussage von Opel selbst ist die
Chance, dass zwei identische Adams
vom Band laufen, gleich null. 4
Diese Durchsetzung des Individualisierungstrends
wird besonders deutlich
an Henry Ford, der vor hundert
Jahren als erster Autohersteller das
Fließband erfand. Er sagte damals zu
seinen Kunden, dass sie ihren Wagen
in jeder beliebigen Farbe bestellen
können, solange sie schwarz ist –
heute undenkbar.
Der Trend zur Individualisierung zeigt
sich aber nicht nur bei vergleichsweise
seltenen und kostenintensiven Anschaffungen
wie der eines neuen Wagens
er begegnet uns auch im Alltag
beim Kauf alltäglicher Dinge.
Sie kennen sicher die Situation, sie
möchten schnell einen Kaffee für
den Weg holen und stehen beim Besuch
einer der Kaffeehausketten an
der Theke. Die Tafeln an der Wand
bieten eine Unmenge an Informationen
die auf Sie einwirken und die
sie verarbeiten müssen, dabei wollen
Sie nur einen Kaffee. Bevor Sie überhaupt
fertig sind die Tafeln zu lesen
– was unmöglich ist in dieser kurzen
Zeit - fragt Sie die nette Dame an der
Kasse auch schon nach ihrem individuellen
Wunsch. Sie müssen aus drei
verschiedenen Becher-/Tassen Größen,
fünf verschiedenen Milchsorten
exklusive Laktose freier Milch, fünfzehn
verschiedenen Sirups, acht verschiedenen
Kaffeevarianten wählen
und bekommen am Ende einen Becher
mit Ihrem Namen darauf in die
Hand. Meine Eltern oder Großeltern
kennen diesen Trend sicherlich nicht
aus früheren Tagen. Da gab es eben
ein Standardprodukt: Kaffee. Die
Auswahl war lediglich zwischen Milch
und/oder Zucker zu treffen.
Grenzenlos
Dieses Beispiel zeigt, heutzutage sind
der Individualisierung kaum Grenzen
gesetzt. Nahezu alles kann individualisiert
werden: Das eigene Auto, das
Fahrrad, das Frühstücksmüsli, die geliebten
Turnschuhe, Möbel, uvm. Die
Bedürfnisse der Menschen verändern
sich stetig. Aus Biografien werden
Multigrafien, sogenannte Lebensabschnittsphasen,
in denen wiederum
individuelle Produkte und Lösungen
benötigt werden. Passend zu der jeweiligen
Lebensphase eben.
32 33

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
Abb. 21
Orthopädie Schuhe
Die vorangegangenen Beispiele zeigen,
dass sich dem Kunden bereits
eine nahezu unendliche Anzahl an
Auswahlmöglichkeiten bieten. Diese
Möglichkeiten der Individualisierung
haben aber alle eins gemein,
es lassen sich nur einzelne, vorgegebene
Komponenten kombinieren
MAßANFERTIGUNG VON DER STANGE
und schränken den Kunden trotz der
unglaublichen Anzahl an Variationsmöglichkeiten
ein, da er nur in einem
vorgegebenen Rahmen agieren kann.
Inzwischen gibt es erste Konzepte
die weg vom Baukastenprinzip, hin
zu wirklich individuellen Produkten
gehen, bei denen alle Parameter bestimmbar
und beeinflussbar sind.
Adidas hat ein neues Store-Konzept
für einen neuen Schuh namens Futurecraft
3D vorgestellt. Es geht dabei
um individualisierte Sportschuhe, die
per 3D-Druck in Zukunft in den Läden
des Sportzubehörherstellers passend
zum Fuß des künftigen Besitzers hergestellt
werden sollen.
Angepasst auf die Bedürfnisse
Der Schuh heißt “Futurecraft 3D” und
ist ein Prototyp mit einer einzigartiger
Laufzwischensohle. Im Prinzip ähnelt
das Ganze der Anpassung von eigenen
Einlagen für Sportschuhe. Bei
Adidas wird aber keine separate Einlage
gefertigt, sondern die komplette
Sohle individualisiert, um noch mehr
Tragekomfort zu sichern. Die Sohle an
sich ist ebenfalls eine Neuheit, denn
sie ist netzartig aufgebaut und hat
eine sehr flexible Struktur. ²
Diese Art der Produktion und Individualisierung
bietet auf den ersten
Blick eine Reihe an Vorteilen für alle
Beteiligten. Die Schuhe müssen nicht
mehr aufwändig von Hand vom Orthopäden,
einzeln an jeden Fuß angepasst
werden und erfahren auch
eine deutliche optische Aufwertung.
Der Kunde bekommt einen perfekt
auf seine Füße und Laufeigenschaften
abgestimmten Schuh und muss
sich nicht mehr mit vorgegebenen
Größen arrangieren. Jeder Fuß bekommt
seinen eigenen perfekt maßgeschneiderten
Schuh.
Neben diesem Vorteil, identifiziert
sich der Kunde mit dem „eigenen“
Schuh viel stärker und wird diesen
auch länger tragen, was Ressourcen
schont. Durch die additive Fertigung
werden bereits bei der Produktion
Ressourcen geschont, weil
nur das wirklich benötigte Material
verbraucht wird, Logistik und Transportkosten
fallen weg und sparen
Kosten und bieten so eine optimierte
Wertschöpfungskette. Das industriell
hergestellte persönliche Produkt tritt
auch in weiteren Bereichen bereits,
auf wie beispielsweise dem Anfertigen
von Bein- oder Armprothesen
und bietet ein sehr großes Potential
für den Anwender. Stellen Sie sich vor,
Sie müssen nur ein paar Parameter zu
Dimensionen, Material und Ausstattung
geben und bekommen den perfekt
in ihre Nische passende Kleiderschrank
geliefert. Maßgeschneiderte
Kleidung, unabhängig von Konfektionsgrößen.
Das Auto, dass sich ihrer
Körpergröße anpasst. Das Fahrrad,
angepasst auf ihre körperlichen und
sportlichen Eigenschaften. Die Liste
lässt sich unendlich verlängern...
Abb. 22-25
Futurecraft 3D
34 35

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
GESELLSCHAFT 4.0
Wenn man sich mit dem Thema Industrie 4.0 auseinandersetzt kommt eine Frage
früher oder später immer auf. Welche Folgen hat die zunehmende Automatisierung
für die Arbeitsplätze und welche Rolle spielt der Mensch in der Zukunft?
Die Antwort auf diese Frage gestaltet sich beim Überlegen eher unbefriedigend
und negativ. Schließlich ist die logische Konsequenz von Automatisierung, dass
die menschliche Arbeitskraft ersetzt wird und wegfällt. Ein Grund, der zu diesem
Ergebnis führt ist die eingeschränkte Denkweise, welche die Suche nach
Lösungen für diese völlig veränderten gesellschaftlichen Bedingungen angeht.
Die Menschheit steht vor einer neuen Ära der Künstlichen
Intelligenz welche eine Evolution der Produktion
anstößt. Als Beispiele sind der IBM-Supercomputer
Watson, oder die autonomen Google Car zu nennen,
60.000tsd
Arbeitsplätze werden wegfallen
welche bemerkenswerte Durchbrüche in diesem Bereich
erreicht haben.
Wenn immer mehr Aufgaben von Robotern und Algorithmen
unschlagbar kostengünstig gelöst werden können,
welche Tätigkeiten wird dann der Menschen in der “Fabrik der Zukunft”
übernehmen?
Zur Entwicklung der Gesellschaft und der Arbeitsplätze in der Zukunft gibt es
verschiedene Studien, mit unterschiedlichen Szenarien und damit verschiedenen
Prognosen und Ergebnissen. Der digitale Wandel in der Produktion, das sogenannte
Industrie 4.0, wird der deutschen Industrie in den kommenden Jahren
bis zu 60.000 Arbeitsplätze kosten. Das ist das Ergebnis der aktuellen Studie
“Industrie 4.0 und die Folgen für Arbeitsmarkt und Wirtschaft” des Instituts für
Arbeitsmarkt– und Berufsforschung (IAB) aus Nürnberg. Auf der einen Seite,
so das IAB, werden mit dem digitalen Wandel in den kommenden Jahren in
Deutschland rund 430.000 neue Arbeitsplätze entstehen. Auf der anderen Seite
gehen aber in derselben Zeit 490.000 meist einfachere Jobs verloren.
Mir stellt sich jedoch eine weitere Frage: Wer sagt, dass Arbeitsplätze dort entstehen
müssen, wo andere wegfallen? Lässt sich der der Wandel nicht auch als
Chance nutzen die Gesellschaft in anderen Bereichen weiterzuentwickeln. Global
betrachtet gibt es “genug zu tun” - im Bereich von Gesundheit und Pflege,
im Bereich der Bildung, der Integration von Zuwanderern, der Kreativwirtschaft
um nur ein paar zu nennen.
Man sollte also nicht unbedingt direkt in Panik verfallen, wenn man die Entwicklung
der Produktion betrachtet und der Tatsache, dass immer weniger
Menschen dafür benötigt werden.
Zumindest in der nahen Zukunft wird auch nicht die menschenleere Fabrik die
Realität sein, das es zu gewissen Verschiebungen kommen wird sollte dabei
aber allen klar sein. Die Gesamtanzahl der Arbeitsplätze in diesem Bereich wird
weiter sinken, und das bei einer steigenden Effizienz, höherer Qualität und einer
erhöhten Anzahl an individuell angepassten Produkten.
Ebenso Fehl am Platz wäre es allerdings, sich jetzt in naiver Zuversicht zu wiegen,
nach dem Motto: Die Hoffnung stirbt zuletzt. Hier wird gerne argumentiert,
dass das Verschwinden von Jobs im Kontext massiver Automatisierung nicht
neu sei und insbesondere in der zweiten industriellen Revolution sogar zu einer
positiven Arbeitsmarktentwicklung geführt habe. Das ist zwar richtig, aber
historische Parallelen sollte man nicht überstrapazieren, denn die vorliegenden
Bedingungen sind heute völlig andere: Die Mehrheit der damaligen Jobs
in der Industrie entsprach überhaupt nicht den menschlichen Fähigkeiten. Der
Abbau der vielen einfachen Tätigkeiten vollzog sich parallel zum Streben des
Individuums nach höherer Bildung. Zudem verlief die Automatisierung damals
viel langsamer, eine ganze Generation konnte sich auf die neuen Verhältnisse
einstellen. Heute herrscht in beiden Punkten eine komplett andere Situation:
Zum einen ist die Leistungsfähigkeit der Menschen nicht unbegrenzt zu steigern,
zum anderen ist die Zeitskala getrieben durch Digitalisierung und Globalisierung
eine viel kürzere - wir stehen mitten in revolutionären Veränderungen.
Diese Umwälzung betrifft längst nicht nur die Industrie, sondern praktisch alle
gesellschaftlichen Bereiche. Deshalb müssen wir auch bei der Suche nach Lösungen
radikaler denken. Es wird Zeit, dass wir unser Weltbild neu justieren.
Berücksichtigen müssen wir auch, dass nicht nur in der Produktion und dem
Niedriglohnsektor Arbeitsplätze verlorengehen werden. Ein gutes Beispiel liefert
hier das systematische Sterben großer Enzyklopädien und ihrer top-qualifizierten
Mitarbeiter, während Wikipedia das Rennen macht. Viele weitere
Beispiele ließen sich anführen, so etwa die Umwälzungen in Reisebüros oder
Apotheken, im Journalismus.
Im Grunde genommen gibt es kaum ein Berufsfeld, das durch die fortschreitende
Digitalisierung nicht in Frage gestellt wird. Wer das nicht glaubt, sollte sich
nur mal daran erinnern, was wir bis vor zehn Jahren über das Verfassen hochqualitativer
Enzyklopädien gedacht haben.
Bloß weil wir uns etwas nicht vorstellen können, heißt das nicht, dass es nicht
geht.
Wie könnte eine Neujustierung des Weltbilds also aussehen? An dieser Stelle
möchte ich noch einmal an ein paar Überlegungen aus dem lesenswerten Artikel
“Automatisierungsdividende für alle” von Frank Rieger in der “Frankfurter
Allgemeinen Zeitung” erinnern. Rieger schreibt richtig: “Die derzeitige Finanzierung
unseres Gemeinwesens beruht größtenteils auf der Besteuerung von
menschlicher Arbeit und menschlichem Konsum.” Fällt nun die Besteuerung
menschlicher Arbeit in immer weiteren Teilen aus, weil die gesamtgesellschaftliche
Vollbeschäftigung immer unrealistischer wird, kippt logischerweise das
gesamte Modell. Der naheliegende Schritt ist die Besteuerung nicht-menschlicher
Arbeit.
Praktisch könnten wir versuchen, das Ganze so zu lösen: Die Produkte werden
von Robotern produziert. Ihr Verkauf bringt Geld in die Kasse der Firmen.
Diese haben Kosten bei menschlicher Arbeit gespart, allerdings auch zusätzliche
Automatisierungsaufwände gehabt - ein positives Delta aber muss jedoch
geblieben sein, denn sonst wäre die Investition in die Automatisierung
ja unwirtschaftlich gewesen. Einen Rückfluss eines Teils dieses Gewinns in das
Gemeinschaftswesen kann man als “indirekte Besteuerung von nichtmenschlicher
Arbeit” verstehen und damit als eine “Vergesellschaftung der Automatisierungsdividende”,
um in Riegers Wording zu bleiben. Im Ergebnis ist es fast so,
als habe der Roboter die Steuern bezahlt. ³
Abb. 26
Zukunft der Arbeit
36 37

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
THEORIE
BLICK IN DIE ZUKUNFT - VISION 2025
26.6.2025 - Der Wecker klingelt Herrn
Wohlfahrt zehn Minuten früher als
üblich aus dem Bett. Das Gerät hat
selbstständig Verkehrsmeldungen
aus dem Internet überprüft und die
Verzögerung auf dem Weg zur Arbeit
eingerechnet. Auch der Kaffeevollautomat
wurde vom Wecker informiert
und fängt alleine an zu brummen,
während die Heizung die Küche und
den Fußboden auf dem Weg zum Bad
auf Wohlfühltemperatur bringt. In
der Küche bereitet der Foodprinter
bereits ein ausgewogenes Frühstück
für Herrn Wohlfahrt zu, individuell
abgestimmt auf seine Bedürfnisse.
Die Smartwatch liefert die benötigten
Informationen um eine gesunde und
ausgewogene Ernährung, ohne Mangelerscheinungen
zu gewährleisten.
Die Rollos fahren hoch und beim Blick
aus dem Fenster sieht er nicht seinen
Garten, sondern Strand und tiefblaues
Wasser, eine Erinnerung aus seinem
letzten Thailand Urlaub.
In der Zukunft sind Produkte, nicht
einfach Geräte. Sie sind intelligent,
sammeln Daten, bereiten diese auf
und besitzen die Fähigkeit sie zu interpretieren.
Daten werden untereinander
ausgetauscht und Geräte agieren
selbstständig. Diese Verbindung zwischen
virtueller und realer Welt wird
als „Internet der Dinge“ bezeichnet. In
ein paar Jahren werden sich nicht nur
einzelne Geräte, sondern auch ganze
Häuser und Städte den individuellen
Bedürfnissen der Menschen anpassen.
Herr Wohlfahrt muss los. Er könnte
mit seinem Smartphone ein selbstfahrendes
Auto bestellen, das ihn zur
Arbeit fährt. Aufgrund des Staus und
der Tatsache, dass die Sonne scheint
entscheidet er sich, zu laufen. Seine
Fitnessarmband und damit seine wöchentliche
Sportstatistik wird es ihm
danken. Er bittet seine Google-Brille,
ihm den Weg zu weisen, damit er sich
nicht verläuft und den schnellsten
Weg nimmt. Grafiken in seinem Sichtfeld
weisen ihm den richtigen Weg.
Das Smartphone wird vermutlich auch
in Zukunft das wichtigste Gerät bleiben
und Datenbrillen nur eine Erweiterung
zum Smartphone darstellen. Smartphones,
Datenbrillen, Smartwatches
und Tablets werden nach den individuellen
Wünschen und Anforderungen
kombiniert. Es gibt viele Anwendungsbereiche
in denen zB Datenbrillen eine
deutliche Bereicherung für Effizienz
und Effektivität sowie Komfort darstellen.
Zurück zum Jahr 2025: Nach 20 Minuten
Fußweg kommt Herr Wohlfahrt
auf seiner Arbeitsstelle an, er
arbeitet in einer Fabrik der Dinge. Am
Eingang der Fabrik loggt sich seine
Smartwatch in das Firmennetzwerk
ein und Herr Wohlfahrt erhält alle
notwendigen Informationen die er
für den heutigen Tag und seinen heutigen
Arbeitsplatz benötigt auf seine
Smartwatch. Inklusive Navigation
zum heutigen Arbeitsplatz und der Information
welches Essen in der Kantine
zur Auswahl steht. Während Herr
Wohlfahrt mit einem Firmen Segway
zu seinem Arbeitsplatz fährt stellt
sich die Maschine, an der er heute arbeitet
bereits auf seine körperlichenund
persönlichen Anforderungen ein.
In der produzierenden Industrie haben
flexible Fertigungsanlagen die
bisherigen Maschinen und Bearbeitungszentren
abgelöst, dadurch
konnte viel Platz bei den Produktionsflächen
gespart werden und
somit Herstellungskosten. Auf der
gleichen Fertigungsanlage können diverse
Materialarten auf unterschiedlichste
Weise bearbeitet werden. Ein
NFC Tag auf dem Rohteil gibt der
Maschine dabei die Information wie
es mit welchem Verfahren bearbeitet
werden muss. Umformen, fräsen,
bohren, drehen, schleifen, lackieren
oder additive Fertigungsverfahren
sind nun mit einer Fertigungsanlage
möglich, dabei können Rohlinge in
direkter Abfolge zu völlig verschiedenen
Produkten verarbeitet werden.
Auf der Fertigungsstrecke ist natürlich
nach wie vor eine klassische Serienproduktion
möglich. Dabei lassen
sich ohne Aufwand Einzelfertigungen
oder besonders Eilige Aufträge dazwischen-schieben.
Im Werkzeugmanagement kommen Abb. 27
Future World
38 39

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
die optimale Ausnutzung zu gewährleisten.
Ein weiterer Vorteil ist dabei, dass
sich die Produktion dadurch flexibler
gestalten lässt und an den Arbeitsrhythmus
von Herrn Wohlfahrt anpasst.
Kommt er in Verzug oder befindet
sich gerade in der Mittagspause,
wird das von der Anlage erkannt und
die Abläufe automatisch angepasst.
Durch eine dezentrale Produktionssteuerung
und dem flexiblen Einsatz
von Maschinen und Werkzeugen entlang
der Fertigungsstrecken lassen
sich sich die Maschinen für unterschiedliche
Anwendungen zusammenstellen
und in kürzester Zeit für
die jeweiligen Aufträge und Projekte
konfigurieren.
Heute hat Herr Wohlfahrt die Aufgabe
die Einführung eines neuen
Grund-Produktes zu betreuen. Die
Einführung eines neuen Grund-Produktes
bedarf der Überprüfung, bevor
es Freigegeben wird und vom
Kunden in nahezu unendlicher Varianz
bestellt werden kann. Die Entwicklung
hat dazu eine Online Projektdatenbank
angelegt, in der alle
Spezifikationen des Projekts hinterlegt
sind. Ein Programm durchsucht
nun die eigenen Datenbanken und
die der Zulieferer nach geeigneten
Komponenten und stellt die optimale
Kombination zusammen. In diesem
Prozess werden auch die Spezifikationen,
Preise, Verfügbarkeiten und
interaktive 3D Modelle in der online
Datenbank eingepflegt.
Von der Entwicklungsabteilung wurhauptsächlich
cyber- physische Systeme
zum Einsatz, dadurch lässt sich
eine flexibles Handling der Werkzeuge
realisieren. Roboter können
hunderte verschiedene Bewegungen
ausführen und unterschiedliche
Werkzeuge einsetzen. Der Rohling
gibt dabei die Information an den
Roboter, an welcher Position welcher
Bohrkopf eingesetzt wird. Durch die
Bereitstellung der richtigen Werkzeuge
können so innerhalb kürzester
Zeit verschiedene Materialien mit
unterschiedlichen Eigenschaften bearbeitet
werden. Während ein Rohling
die Fertigungsanlage durchläuft
passiert ein ständiger Austausch zwischen
Rohling und Maschine und alle
Arbeitsschritte werden dokumentiert
und gespeichert.
Eingebettete Systeme kontrollieren
kontinuierlich die Werkzeuge und
deren Abnutzung. Herr Wohlfahrt
hat jederzeit Zugriff auf die Daten in
Echtzeit und kann Notfalls eingreifen,
falls ein unvorhergesehener Fehler
auftritt. Die Daten lässt er sich dazu
auf einem Head-up-Display anzeigen,
das ihm auch haptische Rückmeldungen
auf seine Eingaben gibt.
Für Werkzeuge, deren Standzeit erreicht
ist, ist er nicht zuständig, diese
werden rechtzeitig und automatisch
von der Maschine angefordert und
von einem autonomen Förderfahrzeug
geliefert und umgerüstet.
Die Durchlaufgeschwindigkeiten der
einzelnen Rohlinge sind dabei unabhängig
voneinander, bei Bedarf lassen
sich so Werkstücke überholen um
de bereits ein digitales Funktionsmodell
erstellt, mit integrierter Materialbeschaffung
und einem möglichen
Produktionsprozess.
Nachdem Herr Wohlfahrt die Daten
überprüft und ein paar kleine Anpassungen
vorgenommen hat bestätigt
er den Prozess.
Die verknüpften Maschinen der Fertigungsanlage
bieten nun ihre Dienstleistung
auf einem virtuellen Marktplatz
an und stimmen sich ab. Dabei
werden Erfahrungen aus ähnlichen
vorausgegangenen Produkten abgeglichen
und die Maschinen tauschen
sich über die die optimale Vorgehensweise
aus.
Die heutigen Maschinen sind meist Anwendungsoffen
konzipiert und werden
erst über Software Applikationen für
bestimmte Anwendungen qualifiziert.
Unternehmer, die eine Anlage erworben
haben können später Spezialfunktionen
über den App-Store auf ihre
Maschinen übertragen. Es gibt Apps
für verschiedene Steuerungs- und
Prüffunktionen, aber auch für die Gestaltung
individueller User Interfaces.
In der Fabrikhalle haben sich die Maschinen
inzwischen abgestimmt und
die fehlenden Spezifikationen wurden
aus dem App-Store geladen und
installiert.
Herr Wohlfahrt schaut sich auf dem
Display noch einmal eine 3D Simulation
des Fertigungsprozesses an, und
geht mittels einer virtual reality Brille
durch den Prozess und bestätigt diesen
nach der erfolgreichen Überprüfung.
Die ersten Rohlinge werden bereits
an die Fertigungsanlage angeliefert
und das erste Produkt nimmt Form
an.
Herr Wohlfahrt macht für heute Feierabend,
am Werktor wird er automatisch
ausgeloggt und seine Smartwatch
wünscht ihm einen schönen
Feierabend.
Nach der Arbeit geht Herr Wohlfahrt
noch in die Stadt. Er erhält eine Nachricht
auf seinem Smartphone, die ihn
wissen lässt, dass Hemden in einem
benachbarten Geschäft momentan
im Angebot sind und in seiner Größe
verfügbar. Tatsächlich, er hat sich
seit längerer Zeit kein Hemd mehr
gekauft und benötigt eine neues für
einen Geschäftstermintermin am
nächsten Tag. Sein Smartphone hat
das gewusst.
In einer idealen Welt erhält der Kunde
nur Informationen, die ihn interessieren,
sprich individualisierte Werbung.
Dies lässt sich durch die gesammelten
Daten aller genutzten Geräte herausfiltern
und die persönlichen Vorlieben
und Interessen können berücksichtigt
werden.
Herr Wohlfahrt macht sich auf den
Nachhauseweg und schaut auf seine
Smartwatch, sie signalisiert ihm, dass
er sich heute bereits genug bewegt
hat und so entschließt er sich ein
selbstfahrendes Fahrzeug zu rufen,
das ihn nach Hause fährt.
Abb. 28
Star Wars Kamino Clones
40 41

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
Lieferanten
Material
Kapazität
Liefertermin
MARKETPLACE
TECHNOLOGIE TRIFFT MANUFAKTUR
Fabrikausrüster
Einholen, Sortieren und Auswerten
der benötigten Informationen
Fabrikbetreiber
Produktspezifikationen
Stücklisten
Arbeitsplätze
Aufträge
Termine
Materialverfügbarkeit
Kapazität
Anlagenbeschreibung
Geometrie
Kinematik
Logik
Produktentwicklung
Produktspezifikationen
Geometrie
Kinematik
Stücklisten
Arbeitsplätze
Kunde B2B B2C
Produkt
Spezifikation
Liefertermin
Menge
Aufgrund der vorangegangenen
Überlegungen und Fakten zur Entwicklung
der Produktion lassen sich
folgende Schlüsse ziehen: Um es
möglich zu machen, dass Fabriken zu
Universal Produzenten werden und
als Fabrik der Dinge die Gratwanderung
zwischen industrieller Fertigung
und Manufaktur zu schaffen bedarf es
im Bereich der Planung, Organisation
und Fertigung noch einiger Veränderungen
und Fortschritte.
Im produzierenden Gewerbe gibt es
zwei grundlegende Prozesse zum
einen die Auftragsabwicklung und
zum anderen die Produktions- beziehungsweise
Produktentstehung.
Um diese Prozesse zu verknüpfen
und eine industrielle Manufaktur
aufzubauen benötigt die Fabrik der
Zukunft eine große Anzahl an Fähigkeiten
und Diensten. Aus den vor-
angegangenen Erläuterungen lassen
sich als Zusammenfassung die folgenden
Rahmenbedingungen für den
grundsätzlichen Vorgang definieren.
Selbstverständlich gibt es mehrere
Möglichkeiten und Szenarien wie die
Produkte und die Produktion der Zukunft
aussehen könnte, in dieser Arbeit
möchte ich einen möglichen Weg
verfolgen. Neben einer intelligenten
dezentralen Fertigung werden auch
in Zukunft sicher noch weitere Abläufe
parallel stattfinden. Es gibt nicht
den einen richtigen Weg, der einzig
und allein verfolgt wird. Ich nehme
an, dass es in Zukunft drei Arten der
Fertigung geben wird. Die zentrale
Serienproduktion, die dezentrale
individuelle Produktion und die Produktion
im eigenen Haushalt.
42 43

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
ABLÄUFE IN DER FERTIGUNG
IT Entwicklung als Vorbild
Um noch einmal auf das Beispiel der
Entwicklung im Bereich der Bürotechnik
zu kommen, sieht man auch
hier diese drei Sektoren. Laut des Statistischen
Bundesamts verfügten im
Jahr 2015 bereits 87% der deutschen
Haushalte in Deutschland über einen
eigenen Drucker (auch im Kombigerät),
trotz dieser Entwicklung gibt es
aber nach wie vor die Serienproduktion
wie beispielsweise bei der Produktion
der Zeitung und es existieren
neben diesen auch Druckereien und
Copyshops, die individuelle Printprodukte
herstellen indem sie sich spezialisiert
haben, über hochwertige
Drucker verfügen und mehr Möglichkeiten
haben wie der Privatanwender.
Die zentrale Serienproduktion wird
sicher auch in Zukunft nicht gänzlich
wegfallen, da auch weiterhin Produkte
in der Serie zu unschlagbaren Preisen
hergestellt werden können. Vermutlich
wird auch in 20 Jahren der
Bedarf bei täglichen Verbrauchsgegenständen
nach Individualisierung
nicht so groß sein, dass beispielsweise
jeder seine individualisierte Klopapierrolle,
Wasserflasche oder Mülltüte
benötigt.
Neue Wege der Fertigung
Berücksichtigt man die Entwicklungen,
die Zahlen und Fakten zum
heutigen Stand der Industrie so lässt
sich eine Vision entwickeln wie die
Fabrik der Zukunft aussehen könnte,
wie arbeiten die Maschinen, wie
wird der Gesamtablauf bei der Fertigung
eines Produktes stattfinden.
Ich möchte mich in dieser Arbeit mit
den Abläufen der Produktion in einer
dezentralen Fertigung beschäftigen
und ein Konzept entwickeln wie die
Maschine aussehen wird, die diese
Aufgaben meistern kann. Ähnlich
wie die Druckereien oder Copyshops
werden kleinere Fertigungsbetriebe
in der Stadt verteilt sein, ähnlich wie
man das heute vom Supermarkt um
die Ecke kennt. Diese Betriebe produzieren
dann das vom Kunde angeforderte
Produkt und können entweder
direkt an den Kunden geschickt werden
oder vom Kunde abgeholt werden.
So entstehen kleine Fabriken
der Dinge in den Städten, die nicht
mehr zentral gesteuert werden, sondern
von den einzelnen Kunden und
sich selbst-organisieren und dabei
mit den anderen Standorten austauschen.
Wird ein Produkt zu einem bestimmten
Zeitpunkt benötigt, wird es
im nächstgelegenen Shop produziert
und kann abgeholt oder verschickt
werden. Ist ein Auftrag nicht so dringend,
wird er auf freie Kapazitäten in
einem Shop der Stadt gebucht und
kann so auch Nachts produziert werden,
was sich auf die Energiekosten
auswirkt und somit dem Kunde wieder
zu gute kommt.
Die entstandenen Fabriken funktionieren
sozusagen analog zu autonomen
Druckzentren.
Das Level der Bedienung besteht in
diesem Szenario darin, dass es eine
allgemeine Fabrik der Dinge gibt, die
Fertigungsressourcen bereitstellt,
welches Produkt dabei herauskommt
weiß nur der, der es bestellt hat und
am Ende in der Hand hält.
Die Fabrik fertigt alles je nach Bedarf
und im Gegensatz zu heute wundert
man sich, wenn zweimal das gleiche
produziert wird. „Haben jetzt wirklich
zwei Leute genau das gleiche gebraucht?“
Rückführung von Ressourcen
Zusätzliche Ressourcen
Abholung
Der Kunde erstellt ein Produkt nach
seinen individuellen Bedürfnissen
und schickt der Auftrag ab. Bei der
Erstellung kann er auch auf die Unterstützung
von Produktentwicklern
zurückgreifen, wenn ein Produkt die
eigenen Fähigkeiten überschreitet.
Es setzt sich automatisch ein Prozess
Auslieferung
in Gang, der durch permanenten Austausch,
Abgleich, Abstimmung und
Auswertung der Informationen begleitet
wird. Der Auftrag befindet sich
nun auf einem virtuellen Marktplatz,
auf den die einzelnen Shops und Maschinen
zugreifen können. Diese bieten
sich nun an und stimmen sich ab,
indem sie ihre Ressourcen, Kapazitäten
und Fertigkeiten abgleichen um
so die optimale Abwicklung des Auftrages
zu gewährleisten und die vom
Kunden eingegeben Parameter wie
Material, Anzahl, Spezifikationen und
Termine einzuhalten. Ressourcen,
in Form von ausgedienten Produkten
können vom Kunden direkt dem
Shop zugeführt werden und durch
Recycling wiederverwendet werden.
Fehlende Ressourcen werden automatisch
bestellt, das Produkt für
den Kunden hergestellt und er kann
es sich schließlich, ähnlich einer
Packstation abholen oder direkt nach
Hause liefern lassen.
44 45

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
ADDITIVE FERTIGUNGSTECHNOLOGIEN
MATERIALIEN
Die Vielfalt der generativen Fertigungsverfahren ist hinsichtlich Technologie,
Leistungsmerkmale und Anwendungsgebiete außerordentlich umfangreich.
Neben klassischen Werkstoffen werden auch immer häufiger neue Werkstoffe
für weitere Einsatzgebiete bei den additiven Fertigungsverfahren eingesetzt.
Diese werden in den unterschiedlichsten Ausgangszuständen verwendet. Fest,
flüssig, pulverisiert oder als Pellets. Ein Auszug der Materialien die bereits in der
additiven Fertigung verwendet werden:
Kunststoffe wie ABS, PLA, Nylon Polycarbonat
Metalle und deren Legierungen
Harze, Gips
Verbundstoffe für biokompatible Produkte oder zahnmedizinische Produkte
Glas
Quarz
Keramik
Pulverbettverfahren
Freiraumverfahren
Flüssigmaterialverfahren
Andere Schichtbauverfahren
Lebensmittel
Selektives Laserschmelzen (SLM),
Selektives Lasersintern (SLS),
Selective Heat Sintering (SHS),
Elektronenstrahlschmelzen (EBM).
Fused Deposition Modeling (FDM)
Auftragsschweißen
Wax Deposition Modeling (WDM)
Contour Crafting
Metall-Pulver-Auftragsverfahren (MPA)
Kaltgasspritzen
Elektronenstrahlschmelzen (EBW)
Stereolithografie (SLA)
Digital Light Processing (DLP)
Liquid Composite Moulding (LCM)
Laminated Object Modelling (LOM),
3D-Siebdruck von Metallen
Lichtgesteuerte Elektrophoretische
Abscheidung
Knochenmaterial
Multimaterial
Stammzellen
Organische Materialien
Abb. 29
Additive Fertigung
46 47

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
ZUKUNFTSKONZEPTE
Es gibt bereits einige Beispiele für mobile Roboter welche die Idee der autonomen
Arbeiterflotte verfolgen. Bisher beschränken sich diese jedoch hauptsächlich
auf das erkunden einer Umgebung oder den Transport von Gegenständen.
Somit handelt es sich überwiegend um Logistikanwendungen oder Konzepte
für medizinische Anwendungen im Nano-Bereich. Neu ist mein Ansatz der mobilen
Produktionseinheiten, die frei und ohne Beschränkungen im Raum operieren
können.
Bestehende Konzepte für die Fabrik der Zukunft zeichnen sich meist durch eine
Erweiterung der technischen Möglichkeiten, der zunehmenden Vernetzung und
dem ausweiten der Einsatzgebiete von Robotern aus. Teilweise beschäftigen
sich die Konzepte bereits mit einer neuen Organisation der Fertigung und dezentral,
vernetzten Fabriken. Dabei spielen Innovationen in der Fertigung mit
Robotern und autonome Transporte eine große Rolle.
Abb. 30
Medical Nanobots
Abb. 31
BionicANTs
48 49

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
4D DRUCK
Intelligente Objekte falten sich selbst
Origami ist die Kunst, aus einem Blatt Papier komplexe Gegenstände zu falten.
Daran erinnern von US-Forschern entwickelte Gegenstände - die sich jedoch
selbst in eine bestimmte Form falten.
Ein flaches Kreuz aus Kunststoff mit einigen Aussparungen faltet sich plötzlich
von selbst zu einem kleinen Kästchen, das sich auch noch mit Laschen verschließt.
4D-Druck nennen die Forscher vom Georgia Institute of Technology
(Georgia Tech) um Jerry Qi das: ein Objekt aus dem 3D-Drucker, das seine Form
ändert.
Was heute möglich ist, ist erst der Anfang. Der 4D-Druck wird Materialien in jedem
Bereich revolutionieren: Wird sich Kleidung bald schon unserer Körperform
anpassen? Werden sich kaputte Rohre bald selbst reparieren? Können
Häuser und Brücken sich eigenständig auf ein bevorstehendes Erdbeben oder
Wetterphänomen vorbereiten? Oder ganz praktisch: Können sich Möbel bald
von allein zusammen bauen? Das Gute ist: Wir werden es erleben. 5
Abb. 32
4D-Druck
Abb. 33
4D-Druck Material
50 51

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
KONZEPTE
Basierend auf den Erkenntnissen aus
der Recherche wurden verschiedene
Konzepte und Ausrichtungen für die
Produktion und die Maschinen der
Zukunft entwickelt.
Ich habe mir angeschaut, was bis
2025 wahrscheinlich sein wird und
was der nächste Schritt ist.
Im Anschluss wurden die unterschiedlichen
Ausrichtungen der
Konzepte analysiert hinsichtlich der
Anforderungen für Industrie 4.0 und
ihren Eigenschaften. Nachdem die
einzelnen Entwürfe kategorisiert waren,
wurden sie in 3 Konzepte zusammengefasst
um daraus das favorisierte
Konzept auszuarbeiten.
52 53

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
KONZEPT | 01
Dieses Konzept beruht auf der Supraleiter
Technologie und bietet eine
völlig neue Art der Fertigung.
Mit Hilfe einer neuen 3D-Drucktechnologie
werden Objekte, die in der
Mitte einer Fläche schweben und von
Magnetfeldern gehalten werden aufgebaut.
Dieses Konzept setzt also auf Magnetfelder,
welche die 3D-Objekte an Ort
und Stelle halten und auch bewegen
können. Somit entfällt die übliche
Plattform oder das Trägermaterial
und es lassen sich Objekte erstellen,
die gleichzeitig von allen Seiten
aufgebaut werden. Dazu sind mehre
Extruderdüsen in der Maschine angebracht
und Tanks für die verschiedenen
Materialien.
Die Einschränkungen bezüglich aller
Arten von Funktionen beim Druck
komplexer 3D-Objekte würden mit
Einsatz der Supraleiter Technologie
als Werkstückträger entfallen. Dieses
Konzept ist ideal für kleine bis mittlere
komplexe Objekte.
54 55

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
KONZEPT | 02
Das zweite Konzept zeichnet sich
dadurch aus, dass es flexibel ist und
eine gleichzeitige Bearbeitung an verschiedenen
Stellen des Objekts möglich
macht.
Es kommen flexible Greifarme zum
Einsatz, welche verschieden Fertigungsverfahren
in sich tragen. So
lasen sich Beispielweise an der einen
Seite die aufgetragenen Materialschichten
bereits nachbearbeiten
während an einer anderen Stelle neues
Material aufgetragen wird.
Dieses Konzept ist modular aufgebaut
und die einzelnen Bearbeitungsarme
lassen sich beliebig austauschen und
anordnen, je nach Anforderung für
das zu bearbeitende Objekt. Dieses
Konzept eignet sich für kleine bis
mittlere Objekte.
56 57

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
KONZEPT | 03
Das Konzept basiert auf mobilen
Robotern, mit integrierten 3D Druckern.
Die Roboter können autonom
zusammenarbeiten und so Objekte
produzieren. Dieses Konzept zeichnet
sich dadurch aus, dass es keinen
festen Standort hat und nicht durch
Bauraumgrößen eingeschränkt wird.
Es besteht aus lauter einzelnen
Dienstleistern, die zusammenarbeiten
und je nach zu erstellendes Objekt
in Ihrer Anzahl und Fähigkeiten
variieren. Somit lassen sich Objekte
an unterschiedlichen Orten herstellen,
instandsetzen und reparieren.
Die einzelnen Elemente interagieren
miteinander und können so autonom
im Verbund große und komplexe Objekte
erstellen. Dieses Konzept eignet
sich hervorragend um komplexe
Objekte in kleinen Stückzahlen zu
erstellen. Dabei gibt es hinsichtlich
der Größe und Bauform keinerlei Einschränkungen,
da sich die Maschine
über das Objekt bewegen kann. So
lassen sich komplexe Bauteile in kleiner
Stückzahl herstellen.
58 59

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
AUSWERTUNG
Flexibilität
Flexibilität
Flexibilität
Flexibilität
Flexibilität
Flexibilität
Kommunikation
Kommunikation
4
Individualisierung
Individualisierung
Kommunikation
Kommunikation
4
Individualisierung
Individualisierung
Kommunikation
Kommunikation
4
Individualisierung
Individualisierung
Bewertungsmatrix, die die Anforderungen
und Kriterien für Investitionsgüter
der Zukunft darstellt und den
Prozess der Auswahl eines Konzeptes
unterstützt.
Intelligenz
Intelligenz
2
0
Effizienz
Effizienz
Konzept1
Konzept 2
Konzept3
Intelligenz
Intelligenz
2
0
Effizienz
Effizienz
Konzept1
Konzept 2
Konzept3
Intelligenz
Intelligenz
2
0
Effizienz
Effizienz
Konzept1
Konzept 2
Konzept3
Vernetzung
Vernetzung
Automatisierung
Automatisierung
Vernetzung
Vernetzung
Automatisierung
Automatisierung
Vernetzung
Vernetzung
Automatisierung
Automatisierung
Modularität
Modularität
Mobilität
Mobilität
Modularität
Modularität
Mobilität
Mobilität
Modularität
Modularität
Mobilität
Mobilität
KONZEPT | 01
KONZEPT | 02 KONZEPT | 03
60 61

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
FAZIT PROZESS
VERGANGENHEIT
GEGENWART
ZUKUNFT
Einzelne Buchstaben werden aufwändig
zusammengesetzt um dann
eine Seite beliebig oft zu drucken.
Alle Technik steckt in einem komplexen
Gerät, dass beliebig viele verschiedene
Seiten drucken kann.
Die einzelnen Fähigkeiten werden herausgelöst
und können so an jedem
beliebigen Ort das einzelne Pixel beeinflussen.
ALLE FÄHIGKEITEN WERDEN IN EINS GESTECKT
EINS STECKT SEINE FÄHIGKEIT IN ALLES
62 63

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
NEXT STEP
Die Analyse der drei Konzepte zeigte, dass Konzept Nummer 3 das größte Potential
aufweist und neue, bisher nicht dagewesene Möglichkeiten in der Produktion
ermöglicht. Es zeigt sich, dass moderne Produktionslinien zunehmend
mobile Elemente bekommen, wie bei Airbus oder Tesla Motors. Das hier ist die
logische Fortsetzung davon.
Schaut man sich das Verfahren der additiven Fertigung an, sieht man, dass es
genauso einfach ist einen Würfel herzustellen wie eine komplexe Komposition
verschiedener Materialien. Je größer und komplexer ein Objekt ist, desto lohnenswerter
ist die additive Fertigung.
Berücksichtigt man, wie die Entwicklungen und Fortschritte in der Produktion
bisher waren und welche Einschränkungen sie noch aufweist lässt sich die
nächste Entwicklungsstufe nachvollziehbar kombinieren. Bereits jetzt gibt es
nahezu keine Einschränkungen mehr in der Produktion was Form, Farbe, Material
oder Technologie betrifft . Mit diesem Konzept wird auch die letzte Einschränkung,
die des begrenzten Bauraums in einer Maschine und die feste Bindung
an einen Ort aufgehoben und es bieten sich unbegrenzte Möglichkeiten
der Fertigung.
Die komplexen Maschinen in ihre einzelne Fähigkeiten aufzuspalten und aus
dem Gehäuse herauszuheben ist die logische Konsequenz aus der Recherche
und stellt das nächste Level der Produktion dar.
Bisher wurde versucht möglichst viele Eigenschaften und Fertigkeiten in eine
einzelne Maschine zu stecken, um diese möglichst Leistungsfähig zu machen
und eine große Stückzahl gleicher Teile zu produzieren.
Kehrt man diesen Prozess nun um und löst nun die Maschine in Einzelteile auf,
die dann ein komplexes Ganzes erschaffen umgeht man alle bisher dagewesenen
Einschränkung in der Produktion.
Es ist also absolut plausibel und wahrscheinlich, das dies zwangsweise der
nächste Schritt ist.
Diese neue Art der Produktion eignet sich besonders für die Produktion von
großen komplexen Objekten, die in kleiner Stückzahl hergestellt werden. Dies
ist beispielsweise im Sondermaschinenbau bei Flugzeugen, Schiffen oder komplexen
Gebäuden der Fall oder an Einsatzgebieten die für den Menschen schwer
zugänglich sind. In dieser Arbeit werde ich das Konzept für diese Anwendungsfälle
auslegen und optimieren.
64 65

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
AUSRICHTUNG
Modularität, Flexibilität und Autonomie sind die wichtigsten Trends in der Fertigung.
Sie stellen die Kernanforderungen für die Entwicklung und Evolution der
Fertigung und ihrer Produkte dar.
Technologie, Logistik, Baukunst und Architektur werden meist mit dem Menschen
verknüpft. Aber auch in der Natur, in der Pflanzen- und Tierwelt entstehen
beeindruckende und faszinierende Konstruktionen. So weben Afrikanische
Webervögel beispielsweise aus Blättern und Gräsern kunstvolle Nester, in denen
hunderte Tiere über mehrere Generationen hinweg leben. Und während
Bienen, Wespen oder Termiten ihr Zuhause Schicht für Schicht aufbauen, erschaffen
Spinnen und Schmetterlingsraupen imposante Gebilde mithilfe von
Spinnfäden.
Das Konzept ist ausgelegt für große, komplexe Bauteile, die in kleinen Stückzahlen
gebaut werden. Jedes Bauteil kann individuell gefertigt werden und die
Anzahl der Roboter richtet sich nach der Komplexität der Aufgabe. Je komplexer
und größer ein Bauteil ist, desto interessanter wird die additive Fertigung,
da sie auch bei kleinen Losgrößen eine Fertigung ohne Zeit- und kostenintensive
Einrichtungen von Maschinen oder dem erstellen von Formen auskommt.
Die Produktion findet losgelöst von einer starren Fabrikstruktur statt. Somit
besteht keinerlei Beschränkung der Bauraumgröße und auch kostenintensive
Transporte zum Bestimmungsort entfallen. Bereits beim Erstellen das Bauteils
kann so auf die Gegebenheiten vor Ort eingegangen werden.
Bereiche er an der Struktur bearbeiten kann. Anschließend bewegen sie sich
dazu über das zu erstellende Bauteil und bauen dieses Stück für Stück auf. Die
Zusammenarbeit ist so ausgelegt, dass wirklich jeder Bereich abgedeckt wird
und ein vollständige, bis in alle Details ausgearbeitete Objekte entsteht.
Für die Orientierung in ihrer Umgebung sind die Roboter mit 3D- Kameras ausgerüstet
und verfügen über einen GPS-Sender welcher für die Lokalisierung und
effektive Zusammenarbeit der einzelnen Roboter nötig ist.
Ein integrierter Laserscanner dient dem Erkunden der Umgebung und hilft den
Robotern zu lernen wie sie mit ihrer Umgebung interagieren können. Hürden
und Hindernisse werden selbständig überwunden.
Geht bei einem Roboter die Energie zu Neige, muss sich wegen eines Defekts
selbst Instandsetzen oder benötigt Ressourcennachschub gibt er seine aktuelle
Position und den Arbeitszwischenstand weiter und ein anderer springt Nahtlos
ein.
Die Druckroboter geben die Koordinaten ihres Einsatzortes an Positionierroboter,
die als Transportmittel und Gerüstbauer dienen. Sie können dabei zum
einen Strukturen und Gerüste bauen um den Druckroboter an seinen Bestimmbungsort
zu positionieren oder aus sich selbst Ketten oder Brücken bilden um
so Distanzen zu überwinden.
Die Roboter, können mit Hilfe von tragbaren 3D-Druckern Material absondern
und so komplexe Strukturen erschaffen. Die gesamte Arbeitsfläche wird virtuell
in Würfel aufgeteilt, dann legt jeder einzelne Roboter selbständig fest, welche
Abb. 35,36
Urodid Moth Cocoon
Abb. 37
Wespennest
66 67

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
EVOLUTION DES KONZEPTS
68 69

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
Während der Finalisierung des Konzeptes
hat sich gezeigt, dass ein reduziertes,
funktionales Design den
Prozess unterstützt und auch bei
einer großen Anzahl eine homogene
Erscheinung gewährleistet.
70 71

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
DETAILLIERUNG
PROZESS & DESIGN
72 73

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
PROPORTIONEN
PACKAGE
Die Ausmaße der einzelnen Produktionseinheiten
lassen sich, je nach
gewünschter Auflösung und Dimensionierung,
beliebig skalieren um so
die bestmögliche Fertigung zu gewährleisten.
Technologie
Fortbewegung/Interaktion
Materialtank
Druckkopf
Druckmembran
74 75

„
„Das
BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
Einzelne kennt nicht das finale Ziel,
nur seine Aufgabe.
Aus den simplen Handlungen einzelner entsteht
ein komplexes Verhalten aller.“
76 77

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
PHASE 1
Alles wird in einzelne Pixel aufgespalten
und alles besteht aus Pixeln.
Jedes Pixel ist einzeln individuell
beeinflussbar und kann an die gewünschten
Anforderungen angepasst
werden. Jedes Pixel enthält seine
DNA mit den Eigenschaften. Dies bietet
ein enormes Potential in der Flexibilität
der Fertigung und durch das
additive Fertigungsverfahren werden
gleichzeitig Ressourcen geschont und
somit eine perfekte Wertschöpfungskette
erreicht.
78 79

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
PHASE 2
Fabriken werden sich in Ihrer Anzahl
reduzieren und die Vielfalt der Maschinen
wird abnehmen. Es werden
nur noch Produktionseinheiten in
Serienfertigung hergestellt. Es gibt
keine hochkomplexen Bearbeitungszentren
mehr, die viele einfache Teile
herstellen, sondern viele einfache
Teile die zusammen komplexe Produkte
bauen.
80 81

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
PHASE 3
Es setzt sich nicht nur alles aus Pixeln
zusammen auch der Prozess der
Fertigung wird von Pixeln durchgeführt.
Pixel drucken Pixel. Die Produktwelt
wird sich ändern und die
Grenzen zwischen Produktgruppen
verblassen. Produkte setzen sich aus
Grundgeometrien und Eigenschaften
zusammen die in unendlicher Varianz
beeinflusst und kombiniert werden
können. Daraus ergibt sich eine maximale
Flexibilität.
82 83

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
ZUSAMMENFASSUNG
Alles wird in Pixel aufgespalten.
Jedes Pixel erhält eine DNA mit seinen
Eigenschaften.
Jedes Pixel kann individuell beeinflusst
werden.
Die Anzahl der Fabriken reduziert
sich.
Die Vielfalt der Maschinen nimmt ab,
es werden nur noch Produktionseinheiten
in Serie hergestellt.
Schwertransporte werden überfällig,
da die Fertigung vor Ort stattfindet.
Angepasst an die Gegebenheiten, frei
von räumlichen Einschränkungen.
Alles ist vernetzt und kommuniziert
miteinander.
Alles wird gedruckt, bis ins kleinste
Detail kann alles individuell angepasst
und beeinflusst werden.
84 85

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
PRODUKTIONSANLAGE
Produktionsanlage zur Herstellung
der einzelnen Produktionseinheiten.
Die Maschine dient der seriellen Herstellung
der Produktionseinheiten.
86 87

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
Die einzelnen Produktionseinheiten
werden in Serienfertigung hergestellt
und setzen sich, während sie über
das Förderband laufen selbstständig
zusammen.
88 89

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
PRODUKTIONSEINHEITEN
cupix sind die Produktionseinheiten
zur Herstellung der Produkte der Zukunft.
cupix setzt sich aus den Wörtern
cube und pixel zusammen und
bezeichnet sowohl Form als auch
Funktion. In der Zukunft werden keine
komplexen Maschinen verwendet
um gleiche Teile in Serie zu Fertigen.
Die Produktion der Zukunft zeichnet
sich durch Flexibilität, Mobilität und
Autonomie aus. Die einzelnen „cupix“
sind vernetzt, tauschen sich aus, finden
sich zusammen und fertigen das
Bauteil. Nach erledigen ihrer Aufgabe
lösen sie sich wieder von einander
und setzen sich für die nächste Aufgabe
neu zusammen. Man kann es als
eine temporärer Maschine betrachten,
die sich für jeden Auftrag individuell
anpasst und neu konfiguriert .
90 91

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
An der Unterseite befindet sich zusätzlich
zur Interaktionsfläche eine
flexible Membran im inneren des
Fortbewegungsrings. Sie dient sowohl
der besseren Haftmöglichkeit
auf unebenen Oberflächen, als auch
für den Druckkopf als durchlässige
Membran.
Die Seitenflächen von cupix weisen
jeweils eine Kontakt und Interaktionsfläche
auf. Mit dieser Fläche
können sich die einzelnen Elemente
sowohl fortbewegen, als auch mit
einem weiteren Element verknüpfen
und interagieren. Der linsenartige
Aufbau der flexiblen Flächen und die
darauf umlaufend angeordneten Kugeln
ermöglichen eine Fortbewegung
in jedem Winkel.
92 93

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
Die leicht konvex überspannte Oberfläche
der Seiten sorgt für eine gewisse
Leichtigkeit und verleiht cupix eine
fast schwebende Anmutung. Neben
der optischen Komponente sorgt die
bombierte Oberfläche für eine minimale
Reibung und maximale Freiheit
in der Bewegung.
94 95

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
96 97

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
EIGENSCHAFTEN
mobil
interact
modular
connect
support
98 99

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
FAZIT
DANKE!
Diese Arbeit hatte zum Ziel, ein Konzept zu entwickeln wie die Produktion der
Zukunft aussehen kann. Wie sich die Produktwelt anpassen muss und dabei einen
Blick auf das Ganze zu werfen, um ein umfassendes Konzept zu entwickeln.
Mir war es während der ganzen Arbeit wichtig, neue Wege zu gehen und ein visionäres
Konzept zu entwickeln, das aufzeigt wie eine Fertigung in der Zukunft
aussieht ohne dabei alle wichtigen Komponenten aktueller Prognosen und
Richtungen zu vernachlässigen. Daraus ist eine Vision entstanden wohin die
Reise geht und wie sich die Industrie im aktuellen Umbruch entwickeln kann.
Rückblickend kann ich sagen, dass ich es für ein gelungenes Zukunftskonzept
halte und überzeugt bin, dass die Entwicklung der Fertigung in diese Richtung
gehen wird. Ich freue mich jetzt schon darauf wenn sich dies in 10 Jahren bestätigt
hat.
Ich danke herzlich Prof. Franz Hinrichsmeyer für die Betreuung.
Ein besonderer Dank gilt meinem Praxisbetreuer
Stefan Lippert.
Ich danke dem ganzen Team der ipdd GmbH,
sowie allen, die mich beim Entstehen dieser Arbeit
unterstützt haben.
100 101

BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
ANHANG
QUELLEN
Umsetzungsstrategie Industrie 4.0 Ergebnisbericht der Plattform Industrie 4.0,
1
BITKOM e.V. Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e. V.Pdf S24
“Produktionsarbeit der Zukunft –Industrie 4.0” Studie, Fraunhofer IAO Pdf S21
3
“Produktionsarbeit der Zukunft –Industrie 4.0” Studie, Fraunhofer IAO Pdf S214
3 http://www.inovoo.com/de/blog/individualisierung-und-digitalisierung-wie-diese-trends-produkte-und-geschaeftsprozesse-beeinflussen/
4 http://www.golem.de/news/4d-druck-intelligente-objekte-falten-sich-selbst-1509-116443.html^^
6
BILDNACHWEISE
Alle aus externen Quellen bezogenen Abbildungen sind mit einer
Bildnummer gekennzeichnet.
Abbildungen, die keine Nummer tragen sind Eigentum des Autors.
Abb. 1 http://www.sehtestbilder.de/optische-taeuschungen-illusionen/ 30.05.2016 um 20:13
Abb. 2 http://imgur.com/gallery/XenpZ 21.05.2016 um 14:30
Abb. 3 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0b/Hand-operated_Card_Punch-2.jpg 01.06.2016 um 12:43
Abb. 4 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/35/Altair_8800,_Smithsonian_Museum.jpg 01.06.2016 um 20:55
Abb. 5 http://home.arcor.de/infolyt/html/museum.html 12.06.2016 um 10:30
Abb. 5.1 http://www.pixelio.de/media/100307 13.06.2016 um 11:31
Abb. 5.2 http://www.pixelio.de/media/100309 13.06.2016 um 11:32
Abb. 5.3 http://deerbe.com/category/1373-antiquitten__kunst_technik__photographica_antike_brotechnik_/page_4.html 13.06.2016 um 9:12
Abb. 5.4 http://www.museum-digital.de/san/index.php?t=objekt&suinin=2&extern=yes&exWho=2&oges=11187 13.06.2016 um 9: 22
Abb. 5.5 http://images.google.de/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.rechenautomat.de%2FFacit%2FBilder%2FFacit_LX.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.rechenauto
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Abb. 6 http://www.kingstonaviation.org/oral-history/harry-webb/harry-webb-2.html 03.06.2016 um10:32
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Abb. 8 http://img.directindustry.de/images_di/photo-g/7359-9477927.jpg 20.06.2016 um 20:39
Abb. 9 https://newsroom.porsche.com/image/teaser_original_720x1_5/e1644c6d-b9bf-4aa9-b603-c9b886c28683.jpg 20.06.2016 um 20:40
Abb. 10 http://presseclicker.produkt-pr.de/wp-content/uploads/2015/05/Design-Tech_HandlingTech_ecoZ_Reihe_2.jpg 20.06.2016 um 20:43
Abb. 11 http://www.pressearbeit.org/picture/rohm_5361_gross.jpg 20.06.2016 um 20:41
Abb. 12 http://www.fabricatingandmetalworking.com/wp-content/uploads/2016/02/IMTS-LASERTEC-65-3D.jpg
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Abb. 24 http://www.materialise.com/sites/default/files/styles/large/public/adidas-futurecraft-3d-2.jpg 11.06. um 19:18
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jpg?1405643173 02.06.2016 um 12:28
Abb. 28 http://vignette2.wikia.nocookie.net/starwars/images/2/27/Kamino_Facility.jpg/revision/latest?cb=20080117183044 24.06.2016 um 13:12
Abb. 29 https://3druck.com/wp-content/uploads/2015/10/TRUMPF-Additive-Manufacturing_3d_druck_laser.jpg 02.06.2016 um 12:42
Abb. 30 https://d1hw6n3yxknhky.cloudfront.net/011628019_prevstill.jpeg 02.06.2016 um 12:28
Abb. 31 http://www.blogcdn.com/slideshows/images/slides/341/653/6/S3416536/slug/l/ant02-1.jpg 11.06. um 15:29
Abb. 32 http://blog.igo3d.com/wp-content/uploads/2015/09/4dobject1.jpeg 24.06. um 19:18
Abb. 33 https://dimensionalley.com/wp-content/uploads/2016/05/Self-Assembly-Lab-2.jpg 03.06.2016 um 11:28
Abb. 34 http://creepycrawlieslove.tumblr.com/image/43018702498 27.06.2016 um 12:21
Abb. 35 http://cormakers.eu%2Fproject-857-smarter-every-day-94-natures-3d-printer-the-incredible-urodid-moth&h=1060&w=1600&tbnid=IHhsJKSEoxdKzM%3A&docid=5bvv7xqiE
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Abb. 36 https://www.fotocommunity.de/photos/wespennest 02.06.2016 um 12:58
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BACHELORTHESIS NICOLAI I. RAUSER | 2016
Bachelorthesis
Bachelor of Arts, Industrial Design
Nicolai I. Rauser
Juni 2016
Betreuung
Prof. Franz Hinrichsmeyer
Stefan Lippert
Hochschule Magdeburg-Stendal
Institut Industrial Design
Eidesstattliche Erklärung
Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig verfasst
und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet
habe und dass die Arbeit in gleicher oder ähnlicher Form noch keiner anderen
Prüfungsbehörde vorgelegen hat.
Alle Ausführungen, die wörtlich oder sinngemäß übernommen wurden, sind als
solche gekennzeichnet.
Winterbach, 28.06.16
Ort, Datum
Nicolai I. Rauser
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