» TECHNIK Technologien
» TECHNIK Technologien für mehr Effizienz und Nachhaltigkeit in der Produktion Forscher zeigen große Bandbreite an Lösungsansätzen Eine klimaneutrale und vernetzte Zukunft gehört zu den Hypethemen der fertigenden Industrie. Weil die Digitalisierung der Produktion in vielen Fällen die Effizienz steigert und damit ein Schlüssel zu mehr Nachhaltigkeit ist, zeigte das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) auf der Hannover Messe eine große Bandbreite an Technologien, die helfen, Energie und Ressourcen zu sparen. Mit FabOS entsteht ein offenes, verteiltes, echtzeitfähiges und sicheres Betriebssystem für die ganze Fabrik. Bild: IFF/Fraunhofer IPA/Bez/Quosdorf Zu den zentralen Aspekten einer nachhaltigeren Zukunft gehört, die Nutzenpotenziale von Energie und Rohstoffen besser auszuschöpfen und deren Verbrauch zu minimieren. As-a-Service- Konzepte sind auf diesem Weg ein Lösungsansatz. Dabei werden Hersteller oder Anbieter zu Dienstleistern. Kunden müssen beispielsweise Maschinen nicht mehr kaufen oder leasen, um sie nutzen zu können. Genauso gut könnten sie Eigentum des Herstellers bleiben und der Kunde bezahlt entweder monatlich einen Pauschalbetrag für die Nutzung oder es wird pro produzierter Stückzahl abgerechnet. So müssten Unternehmen nicht mehr Unsummen in Produktionsmittel investieren, sondern könnten sofort mit der Fertigung beginnen. Und Maschinenbauer hätten ein lebhaftes Interesse daran, ihre Maschinen so lange wie möglich einsatzfähig zu halten. Solche neuen Geschäftsmodelle basieren auf dem kontinuierlichen Austausch von Daten über Unternehmensgrenzen hinweg. So werden Hersteller nicht nur zu Dienstleistern, sondern alle Prozesse in einer Werkhalle lassen sich als einzelne Services begreifen: Everything as a Service (XaaS). Welche Bedingungen erfüllt sein müssen, damit diese datenbasierten Geschäftsmodelle wirtschaftlich und technisch umsetzbar sind, klären Fachleute vom Fraunhofer IPA gemeinsam mit der Industrie im Großforschungsprojekt »X-Forge«. In einem anderen Forschungsprojekt namens „Privacy-Aware, intelligent and Resilient Crisis Management“ (PAIRS) entwickeln die Wissenschaftler eine Plattform für das Krisenmanagement, die Störungen bereits in deren Entstehungsphase identifiziert und datengestützte Handlungsempfehlungen bereitstellt. So soll vermieden werden, dass Unternehmen erst auf eine Krise reagieren, wenn deren Auswirkungen bereits spürbar sind und es eigentlich schon zu spät ist. Um rechtzeitig Alternativen zu erkennen, wertet eine künstliche Intelligenz (KI) einerseits öffentlich zugängliche Daten aus: Auf welchen Straßen stockt gerade der Verkehr? Welche Häfen sind blockiert? Wo drohen Unwetter? Wo haben 40 Industrieanzeiger » 07 | 2023
Bild: Fraunhofer IPA sich Erdbeben, Vulkanausbrüche oder andere Naturkatastrophen ereignet? Wie entwickeln sich die Preise bestimmter Rohstoffe? Andererseits greift die KI auf Unternehmenskenn zahlen zurück, etwa die Liefertermintreue eines bestimmten Zulieferers. Sobald die KI zum Schluss kommt, dass Störungen in der Lieferkette zu erwarten sind, können die Algorithmen geeignete Gegenmaßnahmen vorschlagen, etwa den Lieferanten zu wechseln oder einen anderen, vergleichbaren Rohstoff zu bestellen. Das erhöht die Resilienz eines Unternehmens. Anhand einzelner bereits fertiggestellter Module der PAIRS-Plattform gab das Forschungsteam in Hannover einen Einblick in seine bisherige Arbeit. Automatisiert abwickeln Eine weitere Herausforderungen für produzierende Unternehmen besteht darin, in immer kürzerer Zeit personalisierte Produkte kostengünstig herzustellen. Um dabei im weltweiten Wettbewerb bestehen zu können, empfiehlt sich die sogenannte „DesignChain“, also die durchgehende Digitalisierung und Automatisierung der technischen Auftragsabwicklung – von der Bestellung bis zum fertigen Produkt. Wie genau das funktioniert, zeigte ein Forscherteam der Abteilung Fabrikplanung und Produktionsmanagement. Messebesucher konnten auf dem Stand ein individuelles Produkt konfigurieren, das in der Folge als CAD-Modell erzeugt, fertigungsgerecht simuliert und auf einem 3D-Drucker hergestellt wurde. Zu den Folgen personalisierter Produkte gehören sinkende Losgrößen, steigende Variantenvielfalt und schnell benötigte Produktionsumgebungen, die oft sauberkeits- und feuchtigkeitskontrollierte Bedingungen erfüllen müssen. Stationäre Reinräume sind oft nicht die effizienteste Lösung in Bezug auf Investitions- und Betriebskosten sowie die Bereitstellungszeit. Ein Forscherteam des IPA hat deshalb mit dem „Clean and Protective Environment“ (CAPE) ein mobiles Reinraumsystem entwickelt, das eine Luftreinheit der ISO- Klassen 1 bis 9 realisiert. Wie ein Zelt auf dem Campingplatz lässt es sich in etwa einer halben Stunde aufbauen und in Betrieb nehmen. Das neuste Mitglied der Produktfamilie heißt DryClean-CAPE und erzeugt nicht nur eine reine Produktions- Das Trockenreinraumzelt DryClean-Cape schafft nicht nur eine reine Produktionsumgebung, sondern auch eine mit geringer Luftfeuchtigkeit. Bild: Fraunhofer IPA/Rainer Bez „DesignChain“ ist die durchgehende Digita - lisierung und Auto - matisierung der technischen Auftragsabwicklung – von der Bestellung bis zum fertigen Produkt. umgebung, sondern zugleich eine mit geringer Luftfeuchtigkeit – beispielsweise mit einem Taupunkt von –50 °C. Vor allem in der Batteriezellen- und Automobilproduktion, aber auch in der Luft- und Raumfahrt spielt das eine entscheidende Rolle für die Produktqualität. Betriebssystem für die Fabrik Zu den Schwierigkeiten für viele Betriebe gehört, dass sich die IT-Landschaft in der Produktion aus Systemen verschiedener Anbieter zusammensetzt und entsprechend schwierig zu verwalten ist. Abhilfe soll ein Betriebssystem für die Produktion schaffen, das Wissenschaftler des IPA derzeit mit Partnern aus 23 weiteren Forschungseinrichtungen, Hochschulen und Unternehmen entwickeln. FabOS heißt es und wird ähnlich wie Betriebssysteme für Computer eine Plattform für Maschinen, Infrastruktur und KI-Dienste sein. In Hannover präsentierten die Projektpartner elf Exponate, die unterschiedliche Teilaspekte des offenen, verteilten, echtzeitfähigen und sicheren Betriebssystems FabOS. Darunter war zum Beispiel ein Roboter, der selbstständig Blechteile erkennt und aus einer Kiste greift. Die dafür verwendeten KI-Verfahren werden anhand einer Simulation trainiert und benötigen keine manuelle Exper tenkonfiguration. Zudem enthält das Exponat eine Technologie des Projektpartners Compaile, die die unsortiert gelagerten Bauteile beim Zuführen einer neuen Kiste mit hinterlegten Bauplänen abgleicht. Das System muss also nicht für jedes neue Bauteil eigens trainiert werden. (mw) Industrieanzeiger » 07 | 2023 41
