Der Mensch im Mittelpunkt der Produktion

Mitteilungen aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin

FUTUR

Vision Innovation Realisierung

Der Mensch im Mittelpunkt der Produktion

Der Fertigungsarbeitsplatz der Zukunft Bauteile per App identifizieren

»Produktionsumgebung von Morgen – ProMo«

KI-unterstützte Bildverarbeitung auf dem Smartphone

Inhalt Impressum FUTUR 2/2019 21. Jahrgang ISSN 1438-1125

04

Der Fertigungsarbeitsplatz der Zukunft – »Produktionsumgebung von ­Morgen – ProMo«

Herausgeber Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

06

Bessere Ergonomie am Arbeitsplatz – Interview mit Henning Schmidt

08

Clous – Die Neuerfindung des Konstruktionsprozesses

10

Die Köpfe hinter der Wolke – Claas Blume und Thomas Vorsatz

12

Bringt Licht in die Produktion: Digitale Vernetzung – zuverlässig, effizient, intelligent

14

Digitale Prozessmodelle für die Fertigung – Ein Democenter in China zeigt leistungsfähige Lösungen

16

Kleine Wunder – Einzel- und Kleinstserienfertigung miniaturisierter Systeme

18

Batteriezellen 2,5 mal effizienter produzieren – Kontinuierliche z-Faltung steigert den Durchsatz für Unternehmen

20

Bauteile per App identifizieren – KI-unterstützte Bildverarbeitung auf dem Smartphone

22

Digitaler Goldstaub – Interview mit Prof. Dr. Jörg Krüger

24

Plattform Industrie 4.0 – Das Netzwerk für den digitalen Wandel der Industrie

25

Industrienahe Forschung zum Anfassen – Das neue Industrie 4.0 ­Transferzentrum Berlin

26

Ereignisse und Termine

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PTZ im Überblick

Mitherausgeber Prof. Dr.-Ing. Holger Kohl Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger Prof. Dr.-Ing. Michael Rethmeier Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark

­­Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin Redaktion Ruth Asan Claudia Engel Miriam Stock Satz und Layout Andy King Kontakt ­­Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Institutsleitung Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Pascalstraße 8 – 9 10587 Berlin Telefon: +49 30 39006-140 Fax: +49 30 39006-392 info@ipk.fraunhofer.de http://www.ipk.fraunhofer.de Herstellung Ruksaldruck GmbH + Co. KG Fotos Faulhaber: 16 Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik: 31 IWF TU Berlin: 17 Siemens: 30 sompong_tom - stock.adobe.com: 1 TU Berlin / Arne Glodde: 18, 19 alle anderen: Fraunhofer IPK

© ­­Fraunhofer IPK Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit vollständiger Quellenangabe und nach Rücksprache mit der Redaktion.

Belegexemplare werden erbeten.

FUTUR 2/2019

Editorial Liebe Leserinnen, liebe Leser,

mit der Digitalisierung, der Etablierung Künstlicher Intelligenz und der zunehmenden Vernetzung von Maschinen und Anlagen hat sich die Produktion in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. Dabei ist es durchaus bemerkenswert, dass diese Entwicklung sehr abstrakt diskutiert wird. Oft kommt nur am Rande vor, wer eigentlich im Mittelpunkt der Produktion steht: der

Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

Mensch. Von ihm geht heute wie gestern die Initiative aus, welches Produkt wie her-

matisierungsexperte Prof. Dr. Jörg Krüger

gestellt wird. Er ist der kreative Geist hinter

erklärt im FUTUR-Interview, warum Unter-

jeder Form maschineller Intelligenz.

nehmen nicht nur in Hard- und Software investieren sollten, sondern auch systema-

Der Mensch steht deshalb klar im Mittel-

tisch das sogenannte Domänenwissen der

punkt der Forschung am Produktionstech-

Produktioner nutzen sollten.

nischen Zentrum Berlin. Er ist für uns der zentrale Anker einer vernetzten, digital inte-

Nicht zuletzt stellt sich die Frage, wie sich die

grierten Produktion. Diese Idee schlägt sich

Wertschöpfung innerhalb Deutschlands und

auch in den aktuellen FuE-Vorhaben nieder,

im internationalen Wettbewerb durch die

die wir Ihnen in diesem Heft vorstellen. Um

digital integrierte Produktion verändern wird.

die Frage, wie Werkerinnen und Werker in

Wie können sich Unternehmen, Politik und

der Produktion durch Hightech unterstützt

letztlich auch wir Menschen auf diese Ver-

werden können, dreht sich das Projekt »Pro-

änderungen einstellen? Dazu laden wir Sie

duktionsumgebung von Morgen – ProMo«.

ein, sich mit uns und vielen weiteren Exper-

Hier arbeiten vier Fraunhofer-Institute

tinnen und Experten von Großunternehmen,

gemeinsam daran, den Fertigungsarbeits-

KMUs und Start-ups auszutauschen. Am 12.

platz der Zukunft möglichst komfortabel

und 13. September findet bei uns im Pro-

und effizient zu gestalten.

duktionstechnischen Zentrum Berlin das XVI. Internationale Produktionstechnische

Wie wir Technologien so weiterentwickeln

Kolloquium statt. Lernen Sie die Potenziale

können, dass sie für Menschen bestmög-

kennen, die Berlin/Brandenburg als neuer

lich einsetzbar werden, zeigt auch eine

Hot Spot der Digitalisierung bietet – und

neuartige App. Um bestimmte Bauteile zu

werfen Sie gemeinsam mit uns einen Blick

identifizieren, waren bisher aufwendige,

in die Lern- und Arbeitswelt 4.0. Wir freuen

hardwarelastige Verfahren notwendig. In

uns darauf!

naher Zukunft sollen dank KI-unterstützter Bildbverarbeitungsmethoden ein paar mit dem Smartphone aufgenommene Fotos

Ihr

ausreichen.

Das Verhältnis zwischen Künstlicher Intelligenz und menschlicher Produktionsarbeit ist ein heiß diskutiertes Thema. Unser Auto-

Eckart Uhlmann

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4

Forschung und Entwicklung

Der Mensch im Mittelpunkt

Der Fertigungsarbeitsplatz der Zukunft »Produktionsumgebung von Morgen – ProMo« Gleich vier Fraunhofer-Institute forschen gemeinsam an der Frage, wie man Arbeiterinnen und Arbeiter in Fertigungsberufen unterstützen kann. Im Rahmen des Leistungszentrums »Digitale Vernetzung« verknüpfen Fraunhofer FOKUS, HHI, IPK und IZM dazu ihre bahnbrechenden Technologien auf einzigartige Weise miteinander. Was dabei herauskommt und wie Industrieunternehmen in Zukunft davon profitieren sollen, zeigt das Projekt »Produktionsumgebung von Morgen – ProMo«.

Durchgängig digitalisiert, vernetzt und auf

►►Alle an einem Strang

den Nutzer zentriert – so wird der Arbeits-

Diese Technologien sind jede für sich bereits

platz im Produktionsfeld der Zukunft aus-

hoch innovativ und setzen jeweils unterstüt-

sehen. Werden solche Arbeitsplätze zuneh-

zend an einem anderen Schritt in der Ferti-

mend etabliert, könnte das für Arbeitskräfte

gung an. Wenn es gelingt, sie alle in einem

eine Minderung körperlicher Belastungen

industriereifen System zu integrieren und

und für Unternehmen eine Steigerung der

zu vernetzen, kann der Produktionsprozess

Produktivität bedeuten. Genauere Erkennt-

auf den Menschen zentriert und gleichzeitig

nisse dazu soll das im Januar 2019 gestartete

optimiert werden. Ein Anwendungsszenario

Projekt »Produktionsumgebung von Morgen

für einen auf diese Weise integrierten Pro-

– ProMo« des Fraunhofer-Leistungszentrums

zess kann beispielsweise so aussehen:

»Digitale Vernetzung« liefern.

Ein Produktionsarbeiter trägt das ErgoJackDas Leistungszentrum Digitale Vernetzung

System des Fraunhofer IPK (mehr dazu im

ist eine Kooperation der vier Berliner Fraun-

Interview ab Seite 6), das ihn bei der ergo-

hofer-Institute FOKUS, HHI, IPK sowie IZM

nomischen Bewegungsausführung unter-

und wird durch die Berliner Landesregie-

stützt. Das passive Exoskelett entlastet bei-

rung und die Fraunhofer-Gesellschaft geför-

spielsweise durch seine federnde Struktur

dert. Interdisziplinäre Teams erforschen hier

seine Lendenwirbel. Gleichzeitig wertet es

gemeinsam Lösungen für die vier Anwen-

dank integrierter Sensorik die Ergonomie der

dungsbereiche Gesundheit und Medizin,

Arbeitsschritte aus, sodass arbeitsbedingten

Mobilität und Zukunftsstadt, Industrie und

Verletzungen durch präventive Maßnahmen

Produktion sowie kritische Infrastrukturen.

zuvorgekommen werden kann.

»Produktionsumgebung von Morgen« hat zum Ziel, Herstellungs- und Instandhal-

Mittels Augmented Reality bekommt der

tungsprozesse mit Blick auf den Nutzer zu

Werker zur gleichen Zeit prozessrelevante

optimieren.

Anweisungen und Informationen mitgeteilt.

Diese werden auf ein Head Mounted Dis-

Um dieses Ziel zu erreichen, werden ver-

play oder direkt auf ein Werkstück projiziert.

schiedene Technologien eingesetzt und auf-

Die dargestellten Informationen werden für

einander abgestimmt, die an den Instituten

die gestenbasierte Programmierung der Pro-

des Leistungszentrums entwickelt wurden:

duktionsanlage benötigt. Die Technologie

das Ergonomiesystem ErgoJack des Fraun-

zur Gestenerfassung und -interpretation

hofer IPK, ein Gestenerfassungssystem des

wird dabei vom Fraunhofer Heinrich-Hertz-

Fraunhofer HHI, ein Sensorbaukasten des

Institut HHI bereitgestellt, die visuelle Auf-

Fraunhofer IZM sowie ein Augmented Rea-

bereitung und Projektion vom Fraunhofer

lity-System des Fraunhofer FOKUS.

FOKUS. Der Zustand des Werkstücks wird

FUTUR 2/2019

mit einem Sensorbaukasten des Fraunhofer

Einsatz kommt. Unter anderem möchte das

ein kollaborativer Roboter so programmiert,

IZM überwacht. Datenaustausch und Kom-

ProMo-Team den Mensch als Teil der Pro-

dass mit einem am Endeffektor montierten

munikation erfolgen je nach Bedarf online

duktionsumgebung von Morgen in Realzeit

3D-Scanner das Werkstück für die weitere

oder offline, kabellos oder kabelgebunden

digital erfassen, um ihn als eigenständige

Verarbeitung digitalisiert wird.

und unter Einsatz moderner Industrieproto-

Instanz in einer digitalisierten Produktions-

kolle und -netzwerke wie OPC UA und TSN

umgebung berücksichtigen zu können.

Der ProMo-Demonstrator soll seine Premiere

►►Demonstrator in Entwicklung

dahin können interessierte Kunden schon

auf der Hannover Messe 2020 haben. Bis

(Time-Sensitive Networking).

ProMo ermöglicht die Kombination der

Um das Assistenzsystem an der LPA-Pro-

einmal einige der Technologien im Industrie

genannten Fraunhofer-Technologien zur

zesskette möglichst realitätsnah nachstel-

4.0-Showroom des Fraunhofer IPK auspro-

Unterstützung komplexer Fertigungspro-

len zu können, wird derzeit ein Demonst-

bieren.

zesse. Als Anwendungsfall für die praxisbe-

rator entwickelt. Im ersten Schritt fixiert die

zogene Umsetzung wurde ein innovativer

Werkerin oder der Werker das Werkstück

Fertigungs- und Instandhaltungsprozess aus

an einem Nullspannsystem und montiert das

der Additiven Fertigung ausgewählt. Dieser

Nullspannsystem unter Einsatz des Ergono-

eignet sich besonders gut, um ein solches

miesystems ErgoJack an einem Robotertisch.

Werkerassisstenzsystem daran entlang auf-

Mittels Gesteneingabe werden ROIs (Regions

zubauen, denn er ist sehr komplex und viel-

Of Interest) am Werkstück definiert. Das sind

fältig und enthält gleichzeitig wechselseitige

Bereiche, die Abnutzungsschäden aufweisen.

Mensch-Maschine-Interaktionen. Konkret

Die markierten ROIs werden mittels projekti-

Ihr Ansprechpartner

handelt es sich um einen Laser-Pulver-Auf-

ver AR hervorgehoben. Gleichzeitig werden

Boris Beckmann-Dobrev

trag-Schweißprozess (LPA), der zur Wieder-

wichtige Prozessparameter visualisiert. Auf

Telefon: +49-30-39006-207

aufbereitung von Gasturbinenschaufeln zum

Grundlage der erfassten Informationen wird

boris.beckmann-dobrev@ipk.fraunhofer.de

5

6 mine Interview

Der Mensch im Mittelpunkt

Bessere Ergonomie am Arbeitsplatz Auf dem Weg zum Arbeitsplatz der Zukunft hat das Fraunhofer IPK ein System entwickelt, das Bewegungen intelligent unterstützen und körperliche Fehlbelastungen verhindern soll. Über die Funktionsweise und Potenziale von sogenannten Wearable-Robotics-Systemen sprachen wir mit Henning Schmidt, Gruppenleiter Human and Rehabilitation Robotics am Fraunhofer IPK.

form sind ja durchaus sehr wichtige Punkte

FUTUR: ErgoJack gleicht tatsächliche Bewe-

für die Akzeptanz von tragbaren Robotiksys-

gungen mit ergonomisch sinnvollen Bewe-

temen. Herzstück von ErgoJack ist das Bewe-

gungsabläufen ab. Woher weiß das System,

gungssensorsystem und unser intelligenter

welche Bewegung ergonomisch richtig ist?

Algorithmus. Der wertet die Bewegungsdaten in Echtzeit aus und erkennt, ob eine kör-

Schmidt: Zum Glück gibt es bereits Ergeb-

perlich belastende Bewegung ergonomisch

nisse aus der Ergonomieforschung, auf die

richtig ausgeführt wird oder nicht. Ungefähr

wir zurückgreifen können. Im Grunde ist es

eine Sekunde nach Beginn einer falschen

ja Allgemeinwissen, dass man nicht aus dem

Bewegung zeigt die Weste dies durch ein

Rücken heben soll, sondern aus den Beinen.

leichtes Vibrieren an und der Träger kann

Was aber zunächst trivial klingt, ist in der

seine Haltung anpassen.

mathematischen Beschreibung gar nicht so einfach. Denn wir Menschen sind eben

Henning Schmidt, Gruppenleiter beim Fraunhofer IPK

FUTUR: Das Fraunhofer IPK beschäftigt sich

keine Roboter. Jeder von uns bewegt sich

ja vor allem mit Produktionsanlagen und

sehr unterschiedlich. Auch über den Tag

Konstruktionstechnik. Wie entstand die

verändern sich unsere Bewegungen durch

Idee, ein Ergonomiesystem zu entwickeln?

Ermüdung oder andere Einflüsse.

Schmidt: Stimmt, unserer Forschungs-

Am Fraunhofer IPK haben wir deshalb ver-

schwerpunkt liegt auf der Produktion. Dazu

schiedene Probanden mit Bewegungssenso-

zählen aber nicht nur Maschinen und Anla-

ren ausgestattet und sie wiederholt Bewe-

gen. Wenn wir uns am Fraunhofer IPK mit

gungsabläufe ausführen lassen, die in der

Digitalisierung befassen, tun wir das aus

Literatur als gesundheitsförderlich beschrie-

FUTUR: Herr Schmidt, ErgoJack ist Teil des

einer Philosophie heraus, die immer den

ben sind. So haben wir hunderte Bewegun-

Fertigungsarbeitsplatzes der Zukunft, der

Menschen im Mittelpunkt sieht.

gen im dreidimensionalen Raum erfassen

am Fraunhofer-Leistungszentrum »Digitale Vernetzung« erforscht wird (mehr dazu auf Seite 4). Was hat es damit auf sich?

und beschreiben können. Mit diesen Daten Wir forschen seit vielen Jahren zu human-

haben wir unseren Algorithmus gefüttert.

zentrierter Automatisierung und dort insbe-

Das war viel Arbeit, aber dafür läuft das Sys-

sondere zur robotergestützten Bewegungs-

tem heute sehr robust.

Schmidt: ErgoJack ist unser intelligentes

assistenz. Ein spannendes Feld, das weit über

Wearable-Robotics-System zur Ergonomie-

den Kern der klassischen Industrierobotik

FUTUR: Im Rahmen Ihrer Forschung sind Sie

analyse und -unterstützung. Wir haben

hinausgeht. Auf keinen Fall kann man das

auch mit vielen Unternehmen im Kontakt.

bereits mehrere Varianten entworfen und

ganz allein angehen. Deshalb arbeiten wir

Wie ist denn deren Haltung zu Wearable

gebaut. Publikumsliebling bei der Hannover

mit Forschungspartnern aus vielen Bereichen

Robotics?

Messe war ganz klar die neue textile Weste,

zusammen: Orthopädie, Neurologie, Biome-

die wir zusammen mit Kollegen vom Fraun-

chanik, Arbeitswissenschaften, Psychologie,

Schmidt: Im produzierenden Gewerbe

hofer IZM entwickelt haben. Die Weste ist

Medizintechnik, um nur einige zu nennen.

sehen wir großes Interesse an diesem Thema.

sehr leicht und bequem. Gewicht und Pass-

Dort gibt es in etlichen Bereichen körper-

FUTUR 2/2019

lich anstrengende Arbeiten. Und die wer-

FUTUR: Wie steht es um die Akzeptanz von

essanterweise sind nicht Arbeitgeber oder

den auch zukünftig nur bedingt maschinell

Exoskeletten bei der Arbeitnehmerschaft?

Vorarbeiter mit dieser Idee an uns herange-

ersetzt werden können. Außerdem steigt in

treten, sondern die potenziellen Anwender.

vielen Unternehmen der Altersdurchschnitt

Schmidt: Fast alle von uns haben ja schon

Die kennen Bewegungsdatenspeicherung

der Werkerinnen und Werker. Da muss man

einmal Rückenschmerzen gehabt. Deshalb

und Biofeedback bereits von ihren privat

etwas tun, damit die Leute möglichst lange

trifft man grundsätzlich zunächst auf Offen-

genutzten Fitnesstrackern und Smartphone

gesund und fit bleiben.

heit und Neugier. Anders sieht es aus, wenn

Fitness Apps und könnten sich selbst sehr

es an die konkrete Nutzung von Exoskeletten

gut vorstellen, dass sie die Daten aus dem

FUTUR: Gibt es denn bereits Unterneh-

im Arbeitsalltag geht. Da tritt oftmals schnell

Ergonomiefeedback zur eigenen Optimie-

men, die ihre Arbeitnehmer mit Wearable-

eine gewisse Ernüchterung ein. Bei den

rung nutzen. Man könnte zum Beispiel nach-

Robotics-Systemen ausgestattet haben?

meisten Exoskeletten ist der Bewegungs-

vollziehen, ob mit dem Tragen der Weste

spielraum ein Stück weit eingeschränkt. Und

die Zahl der fehlerhaften Bewegungen sinkt.

Schmidt: In vielen Unternehmen laufen

man sollte auch nicht unterschätzen, dass

Grundsätzlich ist aber eine externe Daten­

Anwendungsstudien mit Exoskeletten. Von

gerade die aktiven Systeme ein hohes Eigen-

anbindung der Weste für ihre Funktionalität

einem flächendeckenden Einsatz sind wir

gewicht mitbringen. So kann ein System an

nicht notwendig. Eine Datenschnittstelle ist

meines Erachtens aber noch ein ganzes

ein und demselben Arbeitsplatz bei einem

zwar für uns für Entwicklungszwecke vor-

Stück entfernt. Viele Werksärzte möchten

Arbeitsschritt Entlastung bringen und bei

handen, aber im normalen Betriebsmodus

zunächst die mittel- bis langfristigen Aus-

einem anderen eher hinderlich sein.

ist sie ausgeschaltet.

wirkungen von tragbaren Systemen besser abschätzen können, bevor sie ihre Zustim-

Durchweg positives Feedback haben wir

FUTUR: Aktuell treffen Sie mit ErgoJack

mung zum dauerhaften Einsatz geben. Dafür

allerdings auf unser ErgoJack-System zur

auf sehr großes Interesse. Wie werden Ihre nächsten Entwicklungsschritte aussehen?

braucht man fundierte Erkenntnisse. Die lie-

Echtzeit-Ergonomiebewertung bekommen.

gen aktuell noch nicht vor. Nehmen Sie zum

Der Mehrwert hiervon wird sofort verstan-

Beispiel sogenannte passive Exoskelette zur

den. Dass ErgoJack in eine leichte und

Schmidt: Unsere aktuellen Prototypen sind

Hüft- und Rückenunterstützung. Bei denen

bequeme Weste verbaut war, kam auch

bereits sehr ausgereift und robust. Momen-

wird durch mechanische Federsysteme die

sehr gut an. Ich denke, softe Systeme, die

tan sind wir in Gesprächen mit Herstellern

Belastung vom Rücken auf die Oberschen-

Bewegungen nicht einschränken, die man

von Exoskeletten, die unser Ergonomie-

kel umgeleitet. Niemand kann heute mit

beim Tragen kaum spürt und die sich leicht

feedback gerne in ihre Produkte integrie-

Gewissheit sagen, ob dies langfristig unkri-

an- und ablegen lassen, haben die besten

ren wollen. Unternehmen haben Interesse

tisch ist oder nicht. Hier brauchen wir mehr

Chancen auf eine langfristige Akzeptanz bei

bekundet, dass wir ihre Arbeitsplätze und

Forschung.

Arbeitnehmern.

Bewegungsabläufe hinsichtlich deren Ergo-

Ähnliche Bedenken gibt es auch bezüglich

FUTUR: Was passiert mit den Bewegungs-

viele Bewegungsmuster wie möglich in Ergo-

der Anwendung sogenannter aktiver Exo-

daten, die sie aufnehmen? Gehen diese an

Jack abbilden. Wer also Interesse an einer

skelette. Bei diesen Systemen wird Unter-

den Arbeitgeber oder an Dritte?

gemeinsamen Weiterentwicklung hat, ist

nomie bewerten. Natürlich wollen wir so

stützungskraft durch Motoren zugesteuert.

Es klingt ja erstmal toll, wenn es beispiels-

herzlich eingeladen, sich bei mir zu melden.

Schmidt: Wir erfassen und speichern Daten

weise heißt, die Muskelbelastung geht um

nur in dem Umfang, wie der intelligente

Darüber hinaus forschen wir an der Unterstüt-

die Hälfte zurück. Aber langfristig kann

Algorithmus von ErgoJack sie für seine Arbeit

zung von Über-Kopf-Arbeiten und am Erken-

dies unter Umständen auch bedeuten, dass

benötigt. Das heißt konkret: Bewegungs-

nen muskulärer Ermüdung. Da möchte ich

sich die Muskulatur zurückbildet, dass sich

daten werden erfasst, ausschließlich in der

noch nicht ins Detail gehen. Nur so viel: In

Gelenke und Sehnen verändern. Und verges-

Weste zwischengespeichert und dort aus-

diesem Forschungsgebiet werden uns noch

sen wir nicht: Alle derzeit am Markt erhält-

gewertet. Nach wenigen Sekunden, wenn

lange Zeit die Themen nicht ausgehen.

lichen Systeme haben kein Feedback zur

die Bewegung abgeschlossen ist, werden

ergonomischen Vorteilhaftigkeit von Bewe-

die Daten wieder gelöscht beziehungsweise

gungen. Im schlechtesten Fall unterstützt

durch neue Daten überschrieben.

ein Exoskelett dauerhaft völlig ungesunde Bewegungen.

Kontakt

Wir wurden aber auch schon gefragt, ob wir

Henning Schmidt

nicht eine Möglichkeit schaffen können, die

Telefon: +49 30 39006-149

Daten zu speichern und auszulesen. Inter-

henning.schmidt@ipk.fraunhofer.de

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Forschung und Entwicklung

Der Mensch im Mittelpunkt

Clous Die Neuerfindung des Konstruktionsprozesses Die automatisierte Erstellung von CAD-Modellen ist eine wichtige Facette der Forschung zur Interoperabilität von Entwicklungsartefakten. Im Auftrag eines Werkzeugherstellers konnten Wissenschaftler des Fraunhofer IPK dank speziell entwickelter Algorithmen die Konstruktionszeit um bis zu 98 Prozent reduzieren.

Diese Algorithmen bilden nun die Grundlage für eine neuartige, cloudbasierte Plattform, die den Konstruktionsprozess vollkommen anders denkt.

Am Anfang war das Wort: Um einen Algo-

arbeiten können. Diese »halbautomatische«

rithmus für die Erstellung von CAD-Model-

Lösung ersetzt die sehr aufwendige Auto-

len zu entwickeln, mussten die Forscher

matisierung der Modellierung. Damit stellt

zunächst mit den Konstrukteuren sprechen.

sie eine kreative, günstige Alternative auch

Denn das informelle Wissen der Entwickler

für kleine und mittlere Unternehmen (KMU)

musste formalisiert werden. Gepaart mit

dar, um ihre Konstruktionsaufträge bearbei-

den Entwicklungshandbüchern übersetz-

ten zu lassen.

ten die Forscher dieses Wissen anschließend in die Algorithmen, sodass prozesssichere

Der Grundgedanke kommt aus dem Model-

Ergebnisse erzeugt werden konnten. Die

based Systems Engineering (MBSE), bei dem

große Herausforderung lag bei der Imple-

aus einem Systemmodell partiell Modelle

mentierung unzähliger Sonderfälle. Hier galt

über definierte Schnittstellen ausgeleitet

es, zwischen dem exponentiell steigenden

werden können. MBSE beschäftigt sich vor-

Aufwand für die Implementierung und der

wiegend mit der Fragestellung einer sehr

zu erwartenden Produktivitätssteigerung

komplexen multidomänen Produktent-

abzuwägen.

wicklung von mechatronischen Systemen.

Clous adaptiert diese Fragestellung auf den

An diesem Punkt setzt die cloudbasierte

Bereich der Konstruktion von mechanischen

Plattform Clous an. Clous erstellt ein Ent-

Modellen. In naher Zukunft soll diese aber

wicklungsnetzwerk mit genau definierten

auch auf weitere Domänen und komplexere

Schnittstellen. Aus der Konstruktionsauto-

Produkte erweitert werden.

matisierung wird so der Teil übernommen, der es erst ermöglicht, dass Algorithmen

Clous wächst gerade aus den Kinderschuhen

angewendet werden können. Jedoch wird

heraus: Derzeit durchlaufen Claas Blume und

dann die kreative Lösungsfindung nicht mehr

Thomas Vorsatz (im Porträt auf Seite 10), die

automatisiert, sondern aufbereitet, sodass

als Forscher am Fraunhofer IPK hinter dem

mehrere Ingenieure parallel an der Aufgabe

Projekt stecken, den neuen Hightech Company Builder »Ahead« von Fraunhofer Venture. Sie sind das erste Team, das erfolgreich

Ihre Ansprechpartner

in die Phase II eingetreten ist. Als nächste

Claas Blume

Schritte sind die finale Teamentwicklung und

Telefon: +49 30 39006-164

die Weiterentwicklung des Produktes bis zur

claas.blume@ipk.fraunhofer.de

Marktreife vorgesehen. Am Ende des Prozesses steht die Gründung von Clous als

Thomas Vorsatz Telefon: +49 30 39006-271 thomas.vorsatz@ipk.fraunhofer.de

eigenem Fraunhofer-Spin-off.

So funktioniert Clous (rechts): Ein Auftraggeber, meist ein produzierendes Unternehmen, benötigt die CAD-Konstruktion einer Maschine oder Anlage. Er legt einen Konstruktionsauftrag in der clous.platform an. Die clous. engine zerlegt diesen Konstruktionsauftrag in viele Teilaufträge, die dann unabhängig von den individuellen Auftragnehmern bearbeitet werden.

Die Auftragnehmer sind dabei (freie) Konstrukteure und Konstruktionsbüros, die ihre Aufträge über die clous.platform beziehen. Nach Fertigstellung aller Teilaufträge werden diese auf die clous.platform zurückgespielt und von der clous.engine zu einer Gesamt-CAD-Konstruktion zusammengefügt. Die Alleinstellungsmerkmale von clous sind hierbei, dass durch die parallele Bearbeitung die CADKonstruktionszeit immens verkürzt wird und dabei das Intellectual Property jederzeit gewahrt bleibt, da jeder Auftragnehmer nur einen kleinen Teil der Gesamtkonstruktion kennt.

FUTUR 2/2019

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Porträt

Der Mensch im Mittelpunkt

Die Köpfe hinter der Wolke Claas Blume und Thomas Vorsatz Natürlich kommen die Revolutionäre der vernetzten Ingenieurarbeit aus Berlin, der heimlichen Startup-Hauptstadt Europas. Claas Blume und Thomas Vorsatz sind beide Kinder der Hauptstadt und der Fraunhofer Forschung – und dennoch recht verschieden. Nun machen sie mit Clous dem Gründergeist der FraunhoferPhilosophie alle Ehre.

Claas Blume gründete bereits während

Unternehmer, Gestalter und Visionär selbst

seines Maschinenbau-Studiums an der TU

vorantreiben konnte.

Darmstadt sein erstes Startup, the HATs, ein Kreativunternehmen für die Entwicklung

Ein Startup-Bootcamp im Herbst 2018

individualisierter Applikationen für Apple-

machte aus den Grundüberlegungen ein

Produkte. Damit tauchte er bereits tief in

erstes belastbares Konzept. Auf den F-Days,

die Welt des Gründens, Fehlermachens, Ler-

dem Vorläufer des heutigen AHEAD Com-

nens und Neustartens ein. Kaum mit dem

pany Building Programms von Fraunhofer

Studium fertig ging er zum Fraunhofer IPK.

Venture, pitchten sie ihre Ideen und ent-

Doch Claas Blume wollte mehr. Ihn trieb der

wickelten und vertieften eine gemeinsame

Gedanke an, ein neues Unternehmen auf

Vision. Die Lösung der beiden Entrepreneure

Basis der Technologien zu gründen, die ihn

sollte nicht nur Hightech-Industrieanwen-

bei Fraunhofer so fasziniert hatten.

dungen mit unternehmerischer Pioniertätigkeit, sondern auch die hochvernetzte und

Auch Thomas Vorsatz studierte Maschinen-

agile Sphäre digitaler Geschäftsmodelle mit

bau. Nach mehrjähriger Tätigkeit in mehre-

der komplexen Welt der industriellen Pro-

ren Unternehmen im Sondermaschinenbau

duktion verbinden.

als Konstrukteur führte ihn seine HightechFaszination ans Fraunhofer IPK in Berlin, wo

►► Das »4.0« für industrielle

er an der virtuellen Absicherung mithilfe

Konstruktionsprozesse

von Multi-Domänen-Simulation als Teil des

Nach wie vor sind viele komplexe Konstruk-

Virtual Engineering sowie später auch an

tionsprozesse ähnlich organisiert wie die Pro-

der Implementierung neuer Technologien

duktion des berühmten Ford-Modells T in

im Rahmen von Industrie-4.0-Projekten

den 30er Jahren: Ähnlich einem Fließband

forschte. Inspiriert durch den Kontakt mit

mit standardisierten Arbeitsstationen und

angehenden Ingenieuren aus aller Welt im

definierten Abfolgen »fließen« Neuentwick-

Rahmen seines Lehrauftrages für CAD und

lungen durch einen sequenziellen Prozess,

CAE an der TU Berlin im internationalen

der Kompetenzfeld an Kompetenzfeld und

Studiengang Global Production Enginee-

Abteilung an Abteilung reiht: Eine neuent-

ring, wurde die technische und wirtschaft-

wickelte Produktionsanlage startet im Kon-

liche Verwertung von Ergebnissen für den

zeptentwurf, differenziert sich in die einzel-

Ingenieur immer mehr zu einer Art zweitem

nen Gewerke (Mechanik, Elektrik/Elektronik,

Forschungszweig. Eine Ausgründung schien

Software) und durchläuft mehrere Schleifen

ihm anfangs eine Verwertungsmöglichkeit,

der Konstruktion bis sie schließlich in der

wurde aber bald zu einem Wirtschafts- und

Erprobung landet.

Lebensmodell für den Fraunhofer-Forscher, mit dem er die Faszination Technologie als

FUTUR 2/2019

Thomas Vorsatz

Claas Blume

In diesem »ford’schen Konstruktionspro-

Auf diese Weise können viele Arbeitsschritte

soll Clous so eine ganze Plattformökonomie

zess« wirkt die Expertise der verschiede-

nahezu parallel durchgeführt werden. Der

werden, über die die gesamte Wertschöp-

nen Akteure nur im Rahmen ihres streng

größte Kostenfaktor für ein konstruieren-

fungskette von der Beschaffung bis zur Pro-

definierten Arbeitsschrittes, nicht mehr in

des Unternehmen, die Zeit von der Idee bis

duktion abgewickelt werden kann.

den Zuständigkeitsbereichen der anderen

zum erfolgreichen Prototypentest, wird so

Akteure. Diese Limitierung erhöht einerseits

auf einen Bruchteil reduziert.

andererseits viel Zeit und damit Geld, weil Probleme erst am Ende des Prozesses in der

Derzeit arbeiten die beiden Gründer intensiv im Rahmen des AHEAD Company Building

das Risiko für Fehlentwicklungen und kostet ►► Engineering nach dem CrowdPrinzip

Programms von Fraunhofer Venture an der finalen Entwicklung von Team-, Markt- und

Erprobung identifiziert werden können und

Die Zerlegung der Gesamtsystematik in viele

Produktreifegrad, sodass sie Ende 2019 mit

Feedback und Expertise quasi rückwirkend

kleine Mikroprojekte erlaubt es Unterneh-

Clous live gehen können.

eingearbeitet werden muss. Hier setzt die

men auch, mittels Clous externe Ressourcen

Plattform Clous an:

in den Konstruktionsprozess einzubinden, ohne die komplette Entwicklung preisge-

Clous löst den komplexen und linearen Kon-

ben zu müssen. Der Schutz von IP-Rechten

struktionsprozess in viele einzelne Projekt-

wird vom Clous-System quasi mit gemanagt

bausteine auf, die über KI-Methoden mit-

und öffnet innerbetriebliche Innovationspro-

einander verbunden sind und sich ständig

zesse damit auch für externe Experten. Die

aneinander anpassen. An die Stelle der gro-

knappe Ressource fähiger Ingenieure, Ent-

ben industriellen Fließbandabfolge tritt bei

wickler und Fachexperten für den Konst-

Clous ein virtuelles Netzwerk aus Kleinpro-

ruktionsprozess kann so flexibel integriert

zessen, interagierenden Akteuren und einer

werden, entweder aus den eigenen Abtei-

Newsrubrik von Fraunhofer Venture:

permanenten digitalen Überwachung und

lungen oder über Partner oder Freiberufler

www.fraunhoferventure.de/de/news/pres-

Anpassung aller Teilprojekte aufeinander.

aus dem Hightech-Ökosystem. Mittelfristig

se-2019/spin-off-clous.html

Dieses Porträt erschien ursprünglich in der

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Forschung und Entwicklung

Der Mensch im Mittelpunkt

Bringt Licht in die Produktion Digitale Vernetzung – zuverlässig, effizient, intelligent Die Digitalisierung der Produktion durch die Vernetzung der Produktionssysteme

spiel einer miniaturisierten Produktions-

und Prozesse eröffnet Unternehmen ein hohes Maß an Flexibilität. Das Fraunhofer-

halle wurde demonstriert, wie die digitale

Leistungszentrum »Digitale Vernetzung« zeigt, wie die digitale Vernetzung mittels

Vernetzung mehrerer Transportsysteme

optischer Drahtlostechnik die hohen Anforderungen im industriellen Umfeld

und Werkzeugmaschinen mittels optischer

effizient bedienen kann. Das Team des Leistungszentrum demonstrierte das

Drahtlostechnik die hohen Anforderungen

Potenzial dieser Technologie und ihre Anwendung auf der diesjährigen Hannover

im industriellen Umfeld effizient bedienen

Messe – und räumte damit den Think Tank Award der Fraunhofer-Gesellschaft ab.

kann. ►► Datenkommunikation mit sichtbarem Licht »Optical Wireless Communication – OWC« bietet eine zukunftsfähige Alternative zu funkbasiertem WLAN. OWC nutzt Licht anstelle von Funk als drahtloses Medium und gewährleistet hohe Übertragungsgeschwindigkeiten mit geringer Latenz und hoher Bandbreite. OWC ist immun gegen elektromagnetische Störungen oder Interferenzen mit anderen Funknetzen. Die drahtlose Datenkommunikation mit Licht kann mittels multiple-input multiple-output (MIMO)-Konzepten erweitert werden und ist so bestens geeignet für den Einsatz als Kommunikationslösung für zukünftige Fabriken oder als robuste Industrie 4.0 Kommunikation im Bestand. Die in Fabrikhallen installierte Beleuchtungsinfrastruktur auf Basis

Fraunhofer IPK-Institutsleiter Prof. Uhlmann und Bereichsleiter Prof. Kohl probieren auf der Hannover Messe die optische Drahtloskommunikation aus.

von LEDs kann sehr einfach um die neue Datenübertragungsfunktionalität erweitert und für den Aufbau robuster, sicherer draht-

Für die intelligente digital vernetzte Produk-

»Digitale Vernetzung« gemeinsam mit drei

tion in der Smart Factory der Zukunft wird

weiteren Berliner Fraunhofer-Instituten Tech-

Informations- und Kommunikationstechnik

nologien und Lösungen für die Vernetzung

loser Kommunikationsnetze genutzt werden. ►► Effizienzsteigerung in der Produktion

zum bestimmenden Element. Eine derartige

von Prozessen, Objekten, Menschen und

Vernetzung ermöglicht den ständigen Infor-

Systemen und bietet vernetzte Technolo-

Durch die Digitalisierung industrieller Pro-

mationsaustausch und die Interaktion zwi-

gie- und Serviceangebote für die digitale

duktionsprozesse werden Produktivitäts-

schen den beteiligten intelligenten Maschi-

Transformation.

steigerungen und eine höhere Flexibilität

Ein aktuelles Highlight der Forschung und

Produkte in kleiner werdenden Stückzah-

nen, Objekten, Prozessen und Menschen in der Wertschöpfungskette sowohl inner-

bei der Herstellung immer individuellerer

halb eines Unternehmens als auch unterneh-

Entwicklung des Leistungszentrums ist eine

len erzielt. In der digital integrierten Pro-

mensübergreifend in Echtzeit. Unternehmen

Anwendungslösung für hoch performante,

duktion im Sinne von Industrie 4.0 sind

erreichen so ein nie dagewesenes Maß an

robuste und sichere Kommunikation in der

alle beteiligten Prozesse, Produktionsmittel

Effizienz und Flexibilität. Das Fraunhofer IPK

Fabrik durch optische drahtlose Datenkom-

und Produkte miteinander vernetzt. Maschi-

entwickelt im Fraunhofer-Leistungszentrum

munikation mit sichtbarem Licht. Am Bei-

nen und Betriebsmittel tauschen miteinan-

FUTUR 2/2019

In der miniaturisierten Produktionshalle wird demonstriert, wie die digitale Vernetzung mehrerer Transportsysteme und Werkzeugmaschinen mittels optischer Drahtlostechnik funktioniert.

der Daten aus und steuern autonom Ferti-

Cloud werden möglich. Dies bildet die Basis

gungsschritte. Die robuste, leistungsfähige,

für daten- und wissensorientierte Dienst-

Fraunhofer-Leistungszentrum

drahtlose Kommunikation in der Fabrik ist

leistungen im Rahmen zukünftiger neuer

»Digitale Vernetzung«

hierfür eine wichtige Voraussetzung. Bishe-

Geschäftsmodelle in der produzierenden

Im Leistungszentrum bündeln die vier Fraunho-

rige funkbasierte Lösungen stoßen aufgrund

Industrie.

fer-Institute FOKUS, HHI, IPK und IZM ihre Kom-

von Interferenzen und Reflexionen in der

petenzen in den Bereichen Informations- und

Produktion an ihre Grenzen. Der Demonst-

►► Preisgekrönter Demonstrator

Kommunikationstechnologien (IKT), Datenver-

rator des Leistungszentrums zeigt, dass mit

Der Demonstrator wurde erstmals auf der

arbeitung, Produktion und Mikroelektronik am

drahtloser Datenkommunikation über Licht

HMI 2019 präsentiert und beeindruckte nicht

Standort Berlin. Erst durch diese Zusammenar-

eine neue Kommunikationsplattform für

nur die Messebesucherinnen und -besucher:

beit der verschiedenen Fachdomänen lässt sich

den industriellen Einsatz geschaffen wer-

Auch die Jury der Think Tank Awards der

das Potenzial und der Mehrwert der digitalen

den kann. Produktionsabläufe können fle-

Fraunhofer-Gesellschaft wurde auf das Expo-

Vernetzung als integrierte Gesamtlösung der

xibel aufeinander reagieren, Mitarbeitende

nat aufmerksam. So konnte das Team des

Teilsysteme in der Produktion erschließen. Ziel

informieren und sie in Entscheidungspro-

Leistungszentrums am Ende der Messe einen

ist es, in den Forschungsschwerpunkten Inter-

zesse einbeziehen. Große Datenmengen von

der Preise für die besten Exponate auf den

net of Things, Cyber Physical Systems, Industrie

und zu Maschinen und Prozessen können

Fraunhofer-Gemeinschaftsständen mit zurück

4.0 und 5G-Technologien Synergieeffekte zu

in Echtzeit übertragen werden. Die Steue-

nach Berlin bringen. In Zukunft soll der

nutzen und mit Technologien und Lösungen

rung von Anlagen sowie die Überwachung

Demonstrator auch interessiertem Publikum

Unternehmen bei der digitalen Transformation

und Optimierung von Prozessen über eine

am Leistungszentrum gezeigt werden.

zu unterstützen. Das Leistungszentrum »Digitale Vernetzung« wird vom Land Berlin mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und durch die FraunhoferGesellschaft gefördert.

Ihre Ansprechpartner Eckhard Hohwieler Telefon +49 30 39006-121 eckhard.hohwieler@ipk.fraunhofer.de

Felix Fehlhaber Telefon +49 30 39006-226 Glückliche Gewinner: Das LZDV-Team belegte den dritten Platz der Fraunhofer Think Tank-Awards

felix.fehlhaber@ipk.fraunhofer.de

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14

Forschung und Entwicklung

Der Mensch im Mittelpunkt

Digitale Prozessmodelle für die Fertigung Ein Democenter in China zeigt leistungsfähige Lösungen An moderne Fertigungssysteme werden immer höhere Erwartungen gerichtet. Die

monolithischen Systemarchitekturen. Statt

Systeme sollen auftragsindividuelle Produkte fertigen, Produktionskapazitäten

des kompletten Fertigungsprozesses wer-

dynamisch kommunizieren und sich möglichst einfach mit bestehenden Systemen

den innerhalb der dienstbasierten Architek-

verknüpfen lassen. Die einzelnen Maschinen werden so zunehmend zu Service-

tur einzelne Maschinen als cyber-physische

anbietern in einer nicht länger linearen Produktionskette. In der Konsequenz

Systeme dargestellt. Jedes System stellt

gewinnen Softwareschnittstellen und die übergeordnete Fertigungssteuerung

dabei Fertigungs- oder Logistikdienste zur

an Bedeutung. Um diesen neuen Anforderungen gerecht zu werden, ohne dass

Verfügung, welche von den Produkten

der Planungs- und Entwicklungsaufwand überproportional steigt, bedarf es

individuell in Anspruch genommen werden

moderner Engineeringsysteme.

können. Schnittstellen auf Basis des Unified Architecture Standards der OPC Foundation

Im Rahmen des Sino-German Intelligence

zwischen den unterschiedlichen Systemen

(OPC UA) erlauben der übergeordneten

Manufacture Research Institute (SGIMRI)

innerhalb einer Modellfabrik. Sie versorgen

Ablaufsteuerung Zugriff auf die Maschi-

zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissen-

so Werkzeugmaschinen, robotergestützte

nendienste. Der Standard ermöglicht es, die

schaftler des Fraunhofer IPK auf, wie sich

Bearbeitungsstationen sowie Handarbeits-

angebotenen Dienstleistungen mit seman-

Anlagenplanung, -engineering und -betrieb

plätze, um die verkettete Fertigung von

tischen, maschinenlesbaren Informationen

auf Basis eines durchgehenden Prozessmo-

Zahnrädern zu demonstrieren.

dells umsetzen lassen. Die Leistungsfähigkeit

auszustatten. So kann die Ablaufsteuerung geeignete Dienstleister für spezifische Auf-

dieser Lösung demonstriert das Projektteam

►►Flexible cyber-physische Dienste

gaben identifizieren, mit den notwendigen

im SGIMRI-Democenter in Nanjing, China.

Die flexible Verkettung der Produktionssys-

Informationen versorgen und beauftragen.

Mobile Roboter transportieren hier Material

teme steht dabei im Kontrast zu bisherigen,

Dabei verschwimmt zunehmend die Grenze

Rendering der flexiblen Produktionskette im SGIMRI-Democenter

FUTUR 2/2019

Prozessmodell für das robotergestützte Polieren von Zahnrädern

zwischen physischen und digitalen Dienst-

die Ausführung von Fertigungsabläufen,

weitere Maschinen eines anderen Herstellers

leistungen. Die Bearbeitung des Bauteils in

können im Modell hinterlegt und für die

zum Einsatz kommen, müssen diese lediglich

einer Fertigungsmaschine wird über die glei-

Ausführung genutzt werden. Der Anwen-

mit der OPC UA-Schnittstelle versehen wer-

che Schnittstelle angefordert wie die cloud-

der definiert seine Produkte, Aufträge und

den. Da sich der Funktionsumfang der ein-

basierte Auswertung eines Kamerabildes,

Ressourcen. Er verwendet diese zur Defini-

zelnen Schnittstellen in Grenzen hält, kön-

um Parameter für eine Roboterbewegung

tion von Unternehmensstrategien, der Reali-

nen diese vor dem Einsatz robust getestet

zu ermitteln.

sierung von Managementsystemen oder der

werden, ohne die aktive Fertigung zu beein-

Planung von Unternehmensarchitekturen.

flussen. Das Prozessmodell kann anschlie-

►►MO²GO – ein Prozessmodell für alle Lebensphasen

MO²GO und die zugrunde liegende Metho-

ßend ohne Änderung mit den neuen

dik erlauben eine aufgabenorientierte Verfei-

Maschinen arbeiten. Der Preis für diese Fle-

Das zentrale Element für die intelligente

nerung des Modells. So bleibt der Überblick

xibilität ist eine weitere Abstraktionsschicht,

Orchestrierung der Dienste stellt das am

bei gleichzeitiger Abbildung von komplexen

die das Zusammenspiel der Dienste orches-

Fraunhofer IPK entwickelte Softwaresystem

Strukturen gewahrt.

triert. Der Einsatz des integrierten MO²GO-

zur Unternehmensmodellierung MO²GO dar.

Prozessmodells erlaubt es, diese Abstrakti-

In MO²GO werden die Strukturen, Leistungen, Prozesse und Daten eines Unternehmens in einem konsistenten Modell abgebildet und zielgerichtet zur Verfügung gestellt.

onsschicht auf Basis der vorhandenen

►►Komplexe Prozesse – einfache Integration

Planungsdaten automatisiert zu erstellen. So können dienstbasierte Architekturen auch

Eine dienstbasierte Architektur bietet eine

für komplexe Produktionsprozesse erfolgreich umgesetzt werden.

Die methodische Basis dafür bildet die Inte-

Reihe von Vorteilen. So erlaubt die Modula-

grierte Unternehmensmodellierung (IUM).

risierung der Systeme eine hohe Wiederver-

Die Modelldarstellung enthält nur wenige

wendbarkeit einzelner Funktionsbausteine.

Elemente und ist dadurch transparent und

Hierdurch wird die Austauschbarkeit der

gut verständlich. Aufträge (Blau) steuern

Module gewährleistet und das Testen der

Dienste (Gelb) an. Die Dienste sind mit den

spezifizierten Funktionalität verbessert. Im

Ihre Ansprechpartner

eigentlichen Ressourcen (Grün) verbunden.

Rahmen des SGIMRI-Projektes ermöglicht

Oliver Heimann

Je nach Art der angebotenen Leistung wird

dies unter anderem, die Transportroboter in

Telefon +49 30 39006-327

ein Auftrag oder ein Produkt (Rot) durch den

den regelmäßigen Ladepausen durch ein ver-

oliver.heimann@ipk.fraunhofer.de

Prozess manipuliert.

fügbares Modell zu substituieren. Die softwareseitige Abstraktion stellt zudem sowohl

Jan Torka

Alle relevanten Informationen, die für pro-

die Integration als auch die Austauschbarkeit

Telefon +49 30 39006-156

zessorientierte Aufgaben wichtig sind, wie

unterschiedlicher Hersteller sicher. Sollen

jan.torka@ipk.fraunhofer.de

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16

Forschung und Entwicklung

Der Mensch im Mittelpunkt

Kleine Wunder Einzel- und Kleinstserienfertigung miniaturisierter Systeme Miniaturisierte Systeme sind fester Bestandteil der modernen Produktwelt. Sowohl im B2B-Sektor als auch im B2C-Sektor erfahren sie hohe Umsatzsteigerungen.

Hauptmärkte und -branchen sind derzeit die Medizintechnik, die Analytik und die Messtechnik. In den nächsten Jahren sind besondere Steigerungsraten in den Bereichen der personalisierten Medizin, der Landwirtschaft, der Umwelttechnik sowie in den vielfältigen Anwendungen für den Consumermarkt zu erwarten.

Wie können fertigende Unternehmen die steigende Nachfrage bedienen?

Miniaturisierte Antriebe (links) stehen für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung. Beispielsweise werden miniaturisierte Stellmotoren patientenspezifische Lösungen wie diese Greifprothese (rechts) optimieren. (© Faulhaber)

Sogenannte miniaturisierte Systeme sind

können Geräte mobiler, handlicher und ein-

Am Ende dieser Phase soll die Überführung

nicht zu verwechseln mit klassischen Mik-

facher bedienbar gestaltet werden. Diese

von erarbeitetem Wissen in zukünftige Pro-

rosystemen. Unter Mikrosystemen versteht

großen Vorteile werden in naher Zukunft mit

duktionsprozesse stehen, die durch ein sehr

man üblicherweise Systeme mit einem Volu-

sehr hoher Wahrscheinlichkeit zu einer stei-

hohes Maß an Digitalisierung und Nutzung

men von etwa einem Kubikzentimeter, in

genden Nachfrage an großen Stückzahlen

von Algorithmen zur Produktionsoptimie-

die unterschiedliche Funktionen zur Sicher-

von Miniaturen führen. Eine stärkere Auto-

rung geprägt sind (sehr anschaulich im Pro-

stellung einer gewünschten Funktionalität

matisierung der Produktion wird damit eine

jekt Clous, das auf Seite 8 vorgestellt wird).

integriert werden. Miniaturisierte Systeme

wirtschaftlich attraktivere Alternative, um

hingegen sind verkleinerte funktionelle Ver-

die Kosten für die Produktion pro Einheit

sionen bestehender makroskopischer Sys-

zu senken.

teme. Sie funktionieren anwendungssicher

►►Digitalisierung in der Montage Vor allem die Hersteller von Messgeräten, Geräten für die Medizintechnik und Ausrüs-

und reproduzierbar genauso wie ihre großen

Eine solche Miniaturisierung stellt die Her-

tungen für die Raumfahrt begleiten schon

Gegenparts, aber auf einem wesentlich klei-

steller vor einige Herausforderungen. Bereits

seit längerer Zeit Produktionsprozesse kon-

neren Raum.

in den Phasen der vorwettbewerblichen

sequent digital. Dies dient einerseits dazu,

Forschung und Entwicklung sowie der pro-

bestimmte Produkte rückverfolgbar zu

Die Miniaturisierung erweitert das Anwen-

totypischen Produktion sind signifikante

machen. Andererseits soll die Abhängigkeit

dungsspektrum bestehender Prinzipien für

Unterschiede zu bisherigen Produkt- und

vom Wissen einzelner Mitarbeiter dahin-

neue Märkte und Branchen. Mit ihrer Hilfe

Produktionsansätzen zu berücksichtigen.

gehend minimiert werden, dass Expertise

FUTUR 2/2019

erfordernde Prozessschritte durch adäquate Beschreibung und Nutzerleitung auch von Nicht-Experten ausgeführt werden können.

Diese Prozesse werden derzeit sehr häufig in Form einer »hochgezüchteten Manufaktur« von Spezialisten ausgeführt. In Zukunft soll ihre Komplexität auf das Niveau einer angepassten, aber »normalen« Ausbildung reduziert werden.

Die Produktion miniaturisierter Bauteile hängt besonders von Montageprozessen ab. Anwendungen, bei denen Einzel- oder Kleinstserienfertigung die Norm ist, sollten so gestaltet werden, dass sie für Produktfamilien flexibel einsetzbar sind und mit minimalem Montageaufwand das gewünschte

Miniaturisiertes Spektrometer

Position der optischen Elemente Lichtquelle,

Erkennbare Herausforderungen beim Trans-

Ergebnis erzielen. Ziel seitens des jeweiligen

Filter, Gitter und Spiegel gestellt. Darüber

fer des grundsätzlichen Vorgehens zur Pro-

Produktes ist die Funktionssicherheit. Ziel-

hinaus muss das aus den vorgenannten Ele-

zessoptimierung bestehen in der Datener-

größen der Montageprozesse sind zum Bei-

menten bestehende Subsystem in Relation

hebung für die notwendige Datenbank.

spiel die relative Genauigkeit der Position der

zum Detektor justiert werden. Wenn man

Dieses erfordert in bestehenden manuell

Komponenten, die absolute Genauigkeit der

bedenkt, dass theoretisch jedes Element in

geprägten Prozessen insbesondere die Mit-

Position von Komponenten zu Bezugsstruk-

jeweils drei Richtungen translatorisch und

wirkung der Beteiligten. Es konnte jedoch

turen, sowie die Engineering- und Imple-

rotatorisch Fehlstellungen aufweisen könnte,

am Beispiel der Produktion von Thermogra-

mentierungskomplexität des Montagepro-

heißt das, dass allein aus dem Montagepro-

phie-Kameras nachgewiesen werden, dass

zesses, des Montageequipments und der

zess 65 voneinander unabhängige Fehlerein-

der Einsatz der umfänglichen Analyse beste-

erforderlichen Mess- und Kontrollprozesse.

flüsse resultieren können. Diese potenziellen

hender Daten und die damit verbundene

Fehler sollen durch geeignete Maßnahmen

Erweiterung der Datenbasis unter Beachtung

►►Fallstudie Spektrometer

vermieden werden, um den Prozess repro-

der vorgegebenen Zielgrößen von Prozess

Ein Team am Fachgebiet Mikro- und Fein-

duzierbar zu beherrschen. In der genann-

und Produkt zu einer deutlichen Steigerung

geräte des IWF der TU Berlin exerzierte die

ten Fallstudie wählte das Forscherteam hier-

der Funktionssicherheit miniaturisierter

Anforderungen an die Einzel- und Kleinst-

für eine Kombination der folgenden vier

Systeme führen.

serienfertigung miniaturisierter Systeme am

Ansätze: Erstens ist es gelungen, zwei der

Beispiel eines miniaturisierten Spektrome-

Elemente in einer Komponente zu vereini-

ters durch. Dieses wird für die Detektion

gen. Zweitens trägt die Nutzung klassischer

bestimmter chemischer Substanzen in Flüs-

passiver und aktiver Positionierhilfen in Form

sigkeiten eingesetzt. In der Fallstudie wer-

von Markierungen und Vorrichtungen zur

den wichtige Fragestellungen aufgeworfen

Reduktion der Fehlermöglichkeiten bei. Drit-

und zumindest schon teilweise beantwor-

tens wird die abschließende Funktionsprü-

tet, die im digitalisierten Montageprozess

fung mit einem für die Hauptkomponente

zu lösen sind.

»Detektor« optimierten Korrekturzyklus unter Fixierung sämtlicher vorangehender

Die Hauptforderung an die Wissenschaft-

Einflüsse eingesetzt. Viertens unterstützt

Ihre Ansprechpartner

lerinnen und Wissenschaftler besteht darin,

eine auf den späteren Produktionsprozess

Prof. Dr.-Ing. Dirk Oberschmidt

dass die Funktionalität des Spektrometers

adaptierbare Datenbank den situationsge-

Telefon: +49 30 314 22006

ohne zeitaufwendige Kontrollvorgänge im

rechten Einsatz des Korrekturzyklus. Die

dirk.oberschmidt@tu-berlin.de

Produktionsprozess sichergestellt wird. Das

Datenbank verknüpft Fehlermerkmale mit

Spektrometer selbst besteht zwar aus weni-

deren Abhilfemaßnahmen und kann damit

Prof. Dr.-Ing. Franz Dietrich

gen Komponenten, aber es werden höchste

direkt für Maßnahmen zur Funktionssiche-

Telefon: +49 30 314 22014

Ansprüchen an die relative Genauigkeit der

rung eingesetzt werden.

f.dietrich@tu-berlin.de

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Forschung und Entwicklung

Der Mensch im Mittelpunkt

Batteriezellen 2,5 mal effizienter produzieren Kontinuierliche z-Faltung steigert den Durchsatz für Unternehmen »Wir haben das Ziel, bis zum Jahre 2030 rund 30 Prozent der weltweiten Nachfrage nach Batteriezellen aus deutscher und europäischer Produktion zu beliefern«, so Bundesminister für Wirtschaft und Energie Peter Altmaier in einem Pressestatement bei der Vernetzungskonferenz Elektromobilität im November 2018. Um die hohen Kosten der Batteriezellen zu verringern und so diesem Ziel näher zu kommen, suchen Politik, Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam nach effizienteren Produktions­methoden. Mit dabei sind Forscherinnen und Forscher des IWF der TU Berlin.

Lithium-Ionen-Batteriezellen sind Schlüsselelemente der Elektromobilität und ein Hauptkostenfaktor für Elektrofahrzeuge.

KontiBAT in action!

Bei diesen entfallen ungefähr 40 Prozent der Wertschöpfung auf die Batterie, wobei davon allein bis zu 80 Prozent die Batteriezellen ausmachen. Die hohen Kosten der Batteriezellen werden unter anderem durch

In der Natur dieses Vorgangs liegen zeit-

die derzeitig ineffiziente Produktion verur-

raubende Bewegungen und Stillstände,

sacht. Ein neues an der TU Berlin entwickel-

wenn die Robotersysteme vor- und zurück-

tes Produktionsverfahren, die sogenannte

fahren. Die benötigte Zeit führt zu einer

kontinuierliche z-Faltung, verringert Zeit

Durchsatzlimitierung und so zu einem

und Kosten der Herstellung. Damit können

kostentreibenden Prozessschritt in der

Lithium-Ionen-Akkus in Zukunft günstiger

Batteriezellenproduktion.

und schneller produziert werden.

Am IWF der TU Berlin haben Wissenschaft-

Funktionsdemonstrator der patentierten z-Faltung von Bandmaterialien (© TU Berlin/Arne Glodde)

Batteriezellen für E-Autos bestehen aus Elek-

lerinnen und Wissenschaftler ein Verfahren

troden-Separator-Verbünden, also dünnen

entwickelt, das durch eine kontinuierliche

Elektrodenfolien und extrem dünnen dazwi-

Materialbewegung Stillstandzeiten im Ver-

schenliegenden Separatorfolien aus Kunst-

fahrensablauf vermeidet und dadurch eine

stoff. Sie werden in Form einer Z-Struktur in

Durchsatzsteigerung im Vergleich zum inter-

der Batterie angeordnet. Diese Anordnung

nationalen Stand der Technik um rund 150

ermöglicht eine sehr hohe Energiedichte im

Prozent erreichen soll. Das bedeutet, dass

Vergleich zu anderen Verbundbauweisen,

in der Zeit, in der heute 100 Batterien pro-

sodass E-Autos möglichst viel Energie aus

duziert werden, in Zukunft mit dem neuen

einer Batterieladung ziehen und dement-

Verfahren 250 Batterien hergestellt werden

sprechend weit gefahren werden können,

könnten. Der Einsatz von Transportsystemen

bis die Batterie wieder geladen werden muss.

mit linear umlaufenden Greifern erlaubt eine

Bisherige Verfahren der Herstellung dieser

roden liegen dabei als zugeschnittene Folien

Batterien beinhalten »Pick-and-Place«-Bewe-

und die Separatorfolie als Bandmaterial vor.

kontinuierliche Faltenerzeugung. Die Elekt-

gungen. Dabei setzen Roboter die Elektroden- und Separatorfolien durch Aufgreifen

Das Forschungsprojekt mit dem durch das

und Positionieren Stück für Stück aufeinander.

Zentrum für geistiges Eigentum der TU Berlin patentierten Verfahren befindet sich

FUTUR 2/2019

Miniaturmodell des Demonstrators zur durchsatzgesteigerten Batteriezellproduktion (© TU Berlin/Arne Glodde)

momentan in einer Demonstrationsphase.

In dem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt KontiBAT wird aktuell ein Demonstrator entwickelt, der das Funktionsprinzip der kontinuierlichen Z-Faltung belegt. Der im Test befindliche Demonstrator stellt am Projektende mit der anvisierten Durchsatzsteigerung eine Sprunginnovation für den Markt der Batteriezellproduktion dar.

Danksagung Dank gilt dem Bundesministerium für Bildung

Nach Projektende soll der Demonstrator mit

und Forschung (BMBF), welches das Projekt

Praxispartnern im Anlagenbau, der System-

»KontiBAT« (Förderkennzeichen 03VP01480)

integration und Zellherstellung zu einem

im Rahmen der Förderbekanntmachung

seriennahen Prototyp weiterentwickelt wer-

»Validierung des technologischen und

den. Das Projektteam sucht aktuell nach

gesellschaftlichen Innovationspotenzials

Kooperationspartner aus der Industrie, um

wissenschaftlicher Forschung – VIP+« fördert.

die Innovation gemeinsam weiter in die Anwendung zu überführen, als auch aus der Wissenschaft, um das Verfahren in einem Folgeprojekt weiterzuentwickeln und auf

Ihre Ansprechpartner

andere Anwendungsgebiete zu übertragen.

Prof. Dr.-Ing. Franz Dietrich

Für Fragen zur Lizensierung steht das Zent-

Telefon: +49 30 314 22014

rum für geistiges Eigentum der Technischen

f.dietrich@tu-berlin.de

Universität Berlin zur Verfügung.

Muhammed Aydemir Telefon: +49 30 314 79285 aydemir@tu-berlin.de

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Forschung und Entwicklung

Der Mensch im Mittelpunkt

Bauteile per App identifizieren KI-unterstützte Bildverarbeitung auf dem Smartphone Die neuesten Technologien in der digitalen Bildverarbeitung machen möglich, was vor ein paar Jahren noch undenkbar war: Computer erkennen Objekte mittlerweile mit höherer Präzision als der Mensch. Die Werkzeuge aus der Grundlagenforschung müssen jedoch erst fit gemacht werden für die Industrie. Am Fraunhofer IPK wird das Potenzial von neuronalen Netzen in der Bildverarbeitung erforscht und erfolgreich angewendet.

►►KI im Alltag

►►Von der Forschung in die Fabrik

Sie ist das aktuelle Thema der Stunde: Künst-

Sogenannte Convolutional Neural Networks

liche Intelligenz. Viele Methoden, die auf ihr

(CNNs) sind neuronale Netze, die speziell

beruhen, finden sich bereits im alltäglichen

für die Bildverarbeitung entwickelt wurden.

Leben wieder. Zu den bekanntesten Produk-

In der Grundlagenforschung sind sie aktu-

ten im Bereich der intelligenten Spracher-

ell die erfolgreichsten Werkzeuge für Klas-

kennung zählen Apples Siri und Amazons

sifikations- und Detektionsaufgaben. CNNs

Alexa. Aber auch in der Bildverarbeitung hal-

gehören im Bereich des Maschinellen Ler-

ten Methoden der KI Einzug. Die Reiseplatt-

nens zu den Methoden des überwachten

form Kayak analysiert beispielsweise Hotel-

Lernens. Sie benötigen Trainingsdaten, auf

bilder, damit Nutzer nach Kriterien wie der

deren Grundlage sie spezielle Muster erler-

Zimmeraussicht suchen können. Die hierbei verwendeten neuronalen Netze zählen zu den Methoden der künstlichen Intelligenz

Anwendung, dass für jedes Objekt, das wie-

sende Informationen, die aber für logistische

gekennzeichnet sein, welches Objekt auf

und weisen großes Potenzial für die Anwendung bei der Bildverarbeitung auf.

nen können. Die bedeutet in der praktischen

Der Logic.Cube dient als Erfassungs- und Wiedererkennungssystem in industriellen und logistischen Prozessen.

dererkannt werden soll, bereits bildhafte Daten existieren müssen. Zusätzlich muss

Anwendungen essenziell sind. Am Fraunho-

dem Bild zu sehen ist. Üblicherweise werden

►►Kein Lernen ohne Daten

fer IPK wurde für diese Aufgabe der Logic.

diese großen Netzstrukturen mit hunderten

Gerade im Bereich logistischer Prozesse

Cube entwickelt. Die Objekte werden in die

von Bildern für jedes Objekt angelernt. In

besteht ein großer Bedarf an intelligenten,

würfelförmige Vorrichtung gelegt und dort

industriellen Anwendungen stellt das Sam-

bildgestützten Lösungen. Eine zentrale Auf-

mit bis zu neun Industriekameras zeitgleich

meln und Kennzeichnen solch großer Daten-

gabe ist die Beantwortung der Frage »Was

aufgenommen. Das so entstandene Bilder-

mengen jedoch einen hohen Kostenfaktor

ist auf dem Bild zu sehen?«. Durch stand-

set kann durch Bildverarbeitungsalgorith-

dar. Mit Techniken wie dem Transfer Lear-

ortübergreifende Produktion und Zuliefer-

men dazu genutzt werden, um die äuße-

ning (gezielte Anwendung von Vorwissen)

firmen steigt der logistische Aufwand für

ren Abmaße, also das Verpacksungsvolumen,

oder der Data Augmentation (künstliche

produzierende Unternehmen kontinuier-

automatisiert zu bestimmen. Eine integrierte

Erweiterung der eigenen Daten) können mit

lich an. Nicht selten werden am Warenein-

Waage vermisst das Objektgewicht bis auf

bereits wenig Trainingsdaten gute Wieder-

gang lose Einzelteile ohne Verpackung, ohne

ein Gramm genau.

kennungsraten erzielt werden. Somit dient

Typenschilder oder ohne Barcodes vorgefunden. Die Wiedererkennung dieser Objekte

das neuronale Netz anfänglich als AssistenzMithilfe der so erfassten Daten kann ein KI-

system, das den Suchbereich für unbekannte

ist nur mit Expertenwissen oder manueller,

basiertes Assistenzsystem bei der Teilewie-

Teile stark einschränkt. Mit jeder Wiederer-

zeitaufwändiger Suche möglich. Zur Unter-

dererkennung unterstützen. Auf Grund der

kennung entstehen jedoch mehr Bilder, die

stützung dieser Prozesse ist es notwendig,

hohen Anzahl an zu unterscheidenden Tei-

gespeichert werden und so das System durch

die betreffenden Objekte zu digitalisieren.

len, der hohen Vielfalt, aber auch der starken

erneutes Training stetig verbessern. Die Kos-

Vor allem bildhafte Daten, aber auch Infor-

Ähnlichkeit braucht es robuste Methoden

ten für das Sammeln und Kennzeichnen von

mationen über das Objektgewicht oder das

zur Wiedererkennung.

Trainingsdaten können somit stark verrin-

Verpackungsvolumen sind einfach zu erfas-

gert werden.

FUTUR 2/2019

Die österreichische Bundesministerin für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort Dr. Margarete Schramböck lässt sich die App für die Bauteilewiedererkennung demonstrieren.

►►Flexibilisierung durch CloudDienste

Nutzerin bekommt somit auch ein Gefühl für das Verhalten der KI.

Nicht immer ist ein fester Standort für Identifikationssysteme wie den Logic.Cube aus

Der Fokus für zukünftige Arbeiten liegt wei-

Platzgründen möglich oder wirtschaftlich.

terhin darauf, das Potenzial für Künstliche

Deshalb verwendete das Fraunhofer IPK-

Intelligenz in der Bildverarbeitung aufzuzei-

Team die grundlegende Bildverarbeitungs-

gen und für Produktions- und Logistikpro-

methode dieser Technologie als Basis, um

zesse nutzbar zu machen. Dabei sollen auch

eine flexiblere, einfacher anwendbare und

für Nicht-Fachleute diese Methoden ver-

günstigere Alternative zu entwickeln: eine

ständlich gemacht werden, um die Akzep-

App.

tanz für die Nutzung von KI-Methoden zu stärken.

Eine cloudbasierte Client-Server-Architektur ermöglicht es, Bilder eines unbekannten Objekts mit einem mobilen Endgerät aufzunehmen. Anschließend wird das Foto mit der speziell dafür entwickelten Smartphone-App an einen Server gesendet. Hier erstellt ein CNN auf Grundlage des gesendeten Bildes eine sortierte Vorschlagsliste, die zur Einschränkung des Suchbereichs dient. Diese Liste wird anschließend an den Anwender zurückgesendet. Durch die serverseitige Auslagerung der Bildverarbeitung können auch

Je nachdem wie der Anwender das Objekt fotografiert, ändern sich die Wiedererkennungsraten des CNNs.

Tablets oder Laptops mit Webcam als mobiles Endgerät genutzt werden.

Die Qualität der Bildaufnahme spielt hierbei eine entscheidende Rolle. So variieren die Wiedererkennungsgenauigkeiten der

Ihr Ansprechpartner

Objekte je nachdem, ob sie klar zu erken-

Jan Lehr

nen und gut beleuchtet sind oder ob sie teil-

Telefon: +49 30 39006-483

weise verdeckt wurden. Der Nutzer oder die

jan.lehr@ipk.fraunhofer.de

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Interview

Digitaler Goldstaub Mit Blick auf China, Japan und USA, die laut einer Studie von Boston Consulting aus dem Jahr 2018 auf dem Gebiet Künstliche Intelligenz (KI) schon lange kräftig aufrüsten, ist in Europa Aufwachen angesagt. Einen Weckruf startet daher Prof. Jörg Krüger, Leiter des Fachgebiets Industrielle Automatisierungstechnik am IWF der TU Berlin und Bereichsleiter Automatisierungstechnik am Fraunhofer IPK. Der Automatisierungsexperte sagt: »Wir müssen einfachere Strukturen der Automatisierung schaffen, mit denen sich die Komplexität maschineller Lernverfahren besser verstehen und beherrschen lässt.«

nal Neural Networks (laut Wikipedia ein von

alles schürt natürlich die Vorstellung, dass

biologischen Prozessen inspiriertes Konzept

der Mensch irgendwann unterliegt.

im Bereich des maschinellen Lernens, Anm. des Autors), die zum Teil die menschlichen

Und dann steht der Produktioner vor

Fähigkeiten in der Muster- und Bilderken-

einem Big Data-Gebirge. Wie geht er

nung bei der Verarbeitung von Audio- und

damit um?

Videodaten bereits übertreffen.

Jörg Krüger: Es kommt sehr darauf an, um Prof. Armin Grunwald, Leiter des Büros

welche Art von Daten es sich handelt und

für Technologiefolgen-Abschätzung

welche Zielsetzung der Produktioner verfolgt.

beim Deutschen Bundestag (TAB), hat

So ging es einem Anwender darum, per Bil-

ein Buch veröffentlicht mit dem Titel

derkennung 50 000 bis 60 000 Teile in einem

»Der unterlegene Mensch: Digitalisie-

Lager zu erkennen und zu verwalten. Bisher

ren wir uns mit Algorithmen, künstlicher

übernimmt ein Lagerarbeiter die Arbeit, bei

Intelligenz und Robotern selbst weg?«.

der er die Teile anhand eines Kataloges iden-

Was halten Sie von den pessimistischen

tifiziert und sortiert. Wir ließen von jedem

KI-Ansichten des Autors?

Teil nur eine begrenzte Anzahl von Aufnahmen machen, die zum Erfassen einer neu-

Prof. Jörg Krüger leitet das Geschäftsfeld Automatisierungstechnik am Fraunhofer IPK und das Fachgebiet Industrielle Automatisierungstechnik am IWF der TU Berlin.

Jörg Krüger: Ich verstehe seinen skep-

ronalen Netzstruktur eigentlich nicht aus-

tischen Blick auf die teilweise Undurch-

reichen. Doch wir stellten fest, dass sich mit

schaubarkeit dieser Systeme, denn deren

vortrainierten Netzen auf Basis nichtindustri-

Komplexität nimmt weiter zu. Wir müssen

eller Bilddaten in Kombination mit wenigen

einfachere Strukturen der Automatisierung

industriellen Bauteildaten schon früh akzep-

schaffen, mit denen sich die Komplexität

table Erkennungsquoten für Assistenzfunk-

maschineller Lernverfahren besser verste-

tionen erzielen lassen.

Herr Professor Krüger, wie und wann

hen und beherrschen lässt. Es geht darum,

hatten Sie Ihren ersten Kontakt zu KI?

ob Produktioner einem lernenden Sys-

Das KI-System arbeitet dann als halbauto-

tem soweit vertrauen können, dass sie es

matischer Assistent, der dem Lagerarbeiter

Jörg Krüger: Das geschah 1992, als ich

in der Produktion »scharf schalten«. Weil

jeweils die fünf wahrscheinlichsten Teile

mich mit künstlichen neuronalen Netzen bei

sich Aus- und Weiterbildung aber oft nicht

anzeigt. Dank dieser Assistenz arbeitet er

der Diagnose von Werkzeugmaschinenach-

schnell genug an diese schnelle Entwicklung

nun deutlich effizienter und genauer. Das

sen beschäftigte. Heute bin ich fasziniert von

in der Forschung anpassen, gelingt es uns

funktioniert aber nur, wenn man die Pro-

den enormen Fortschritten durch Deep Lear-

nur mit erheblicher Verzögerung, entspre-

zesse sehr genau kennt. Daher lautet meine

ning (Teilbereich des Machine Learning, der

chende Fähigkeiten zur Beherrschung der

Botschaft: Nicht nur in Hard- und Software

neuronale Netze und große Datenmengen

Komplexität aufzubauen und Vertrauen in

investieren, sondern auch systematisch das

nutzt, Anm. des Autors) und Convolutio-

diese neuen Technologien zu schaffen. Das

so genannte Domänenwissen der Produkti-

FUTUR 2/2019

oner nutzen. Menschen müssen außerdem

delle und Nischen für kleine Unternehmen

lernen, Vorgänge in der Fabrik zu bewerten

sowie vor allem für Start-ups.

und zu entscheiden, welche Aufgaben die KI übernimmt. Generell ist das Einbeziehen des

Welche Rolle spielen Sensoren?

Domänenwissens aus der Produktion elementar, um neue Wertschöpfungspotenziale

Jörg Krüger: Die »Sensorisierung« ist in

schnell und systematisch zu identifizieren.

der Regel der erste Schritt, um Daten für das Lernen zu gewinnen. Je leistungsfähi-

Clevere Assistenz ist ein Aspekt, was hat

ger und günstiger die Werkzeuge für das

KI noch zu bieten?

maschinelle Lernen sind, umso wertvoller werden die Daten, mit denen dies geschieht.

Jörg Krüger: Die in den Firmen erzeugten

Gerade im Bereich der Sensorisierung sind

Daten sind für mich digitaler Goldstaub.

ja durch die Forschung und Entwicklung in

Viele Unternehmen sind sich aus meiner

Bezug auf Industrie 4.0 große Fortschritte zu

Erfahrung noch nicht bewusst, welche Wert-

sehen – eine gute Voraussetzung, um jetzt

schöpfungspotenziale sie damit erschließen

den nächsten Schritt zum maschinellen Ler-

Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Pro-

können. Die Werkzeuge für das maschinelle

nen in der Produktion zu machen.

duktionstechnik WGP wird am Freitag, den

Lernen werden immer leistungsfähiger. In

13. September 2019 auf dem XVI. Internatio­

der Produktion sollten wir nun systematisch

Wie sehen unsere Chancen aus gegen-

die Daten und das Domänenwissen verbin-

über Ländern wie China, die ja enorme

Berlin ein Standpunktpapier zum Thema KI-

den, um die Prozesse weiter zu verbessern

Beträge in KI stecken?

unterstützte Produktion vorstellen. Darin

und effizienter zu werden. Dieses Thema

nalen Produktionstechnischen Kolloquium in

werden Chancen und Risiken der Künstlichen

möchte ich mit den Kollegen der Wissen-

Jörg Krüger: Die Investitionen in KI-Infra-

Intelligenz (KI) für das produzierende Gewerbe

schaftlichen Gesellschaft für Produktions-

strukturen, die gerade aus China bekannt

erstmals umfassend beleuchtet. Darüber hinaus

technik (WGP) forciert angehen. Wir sollten

werden, sind in der Tat beeindruckend: kaum

zeigt die WGP praktische Wege auf, wie KI in

zum Beispiel unseren Fokus nicht wie frü-

vorstellbar, hier aus Deutschland in der glei-

die Produktion integriert werden kann. Das

her auf die Erhöhung der Erkennungsquo-

chen Dimension mithalten zu können. Im

Standpunktpapier soll ein Weckruf an Unter-

ten mithilfe von maschinellen Lernverfahren

internationalen Wettbewerb sehe ich jedoch

nehmen sein, sich mit Fragen der KI praktisch

richten, sondern einerseits systematischer als

für Deutschland eine gute Zukunftschance

auseinanderzusetzen und enthält konkrete

bisher die vorhandenen Produktionsdaten

darin, mit strukturierter Ingenieur-Denkweise

Handlungsempfehlungen für die Einführung

auf ihr Potenzial zum maschinellen Lernen

an das Thema der industriellen Nutzung von

der Technologien in der Praxis.

analysieren und andererseits auch systema-

KI bzw. dem maschinellen Lernen heranzu-

tischer die daraus resultierenden Potenziale

gehen. In dieser Form sollten wir in Zukunft

zur Effizienzsteigerung in der Produktion

auch unsere weltweit sehr gute Position im

ableiten.

Bereich der Automatisierung weiterentwickeln und erhalten können.

Das Interview führte der Journalist Nicolas Fecht im Auftrag der Wissenschaftlichen Ge-

Ich empfehle dazu das Youtube-Video des

sellschaft für Produktionstechnik. Es wird hier

kanadischen Wissenschaftlers Ajay Agra-

in leicht angepasster Form veröffentlicht.

wal beziehungsweise sein Buch Prediction Machines: The Simple Economics of Artificial Intelligence. Hier kann ein Automatisierer oder Produktioner die Chancen von KI aus der ökonomischen Perspektive kennenler-

Ihr Ansprechpartner

nen, um den digitalen Goldstaub im eigenen

Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger

Unternehmen zu entdecken. Es entstehen

Telefon: +49 30 39006-178

plötzlich völlig neue Wertschöpfungsmo-

joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de

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Netzwerkpartner

Plattform Industrie 4.0 Das Netzwerk für den digitalen Wandel der Industrie Die digitale Transformation der Industrie gestalten: Das ist der Leitgedanke der Plattform Industrie 4.0 – einem der größten Industrie 4.0-Netzwerke weltweit. In der Plattform arbeiten über 350 Akteure aus Wirtschaft, Verbänden, Wissenschaft, Gewerkschaften und Politik gemeinsam in drei zentralen Handlungssträngen: Fachliche Vordenkerschaft, (inter-)nationale Kooperationen und Unterstützung des Mittelstands beim Praxistransfer. Die Plattform Industrie 4.0 ist Netzwerkpartner beim Produktionstechnischen Kolloquium 2019.

Fachlich vordenken

netzt. International kooperiert die Plattform

►► Die Zukunft digitaler Ökosysteme gestalten

Das Expertennetzwerk der Plattform versteht

mit Initiativen aus Australien, China, Frank-

sich als fachlicher Vordenker bei allen Fra-

reich, Italien, Japan, Österreich, Mexiko, Nie-

gen rund um Industrie 4.0. Aus Forschungs-

derlande, Schweiz, Tschechien, USA sowie

inhaltlichen Rahmen für die Aktivitäten der

und Praxiserkenntnissen werden Konzepte

auf G7/20- und EU-Ebene.

Plattform Industrie 4.0. Das Leitbild beschreibt,

►► Kleine und mittlere Unternehmen

Art und Weise gestaltet werden können, die

und Handlungsoptionen zur Umsetzung von Industrie 4.0 erarbeitet. Sechs Arbeitsgruppen befassen sich mit den Themen Standardi-

Das Leitbild 2030 für die Industrie bietet den

wie offene, digitale Ökosysteme auf eine vernetzen und unterstützen

unseren gesellschaftlichen Grundwerten und

sierung, Anwendungsszenarien, IT-Sicherheit,

Die Plattform Industrie 4.0 bietet und koor-

Recht, Arbeit sowie Geschäftsmodellen. Sie

diniert Informations- und Vernetzungsange-

liefern dazu Handlungsempfehlungen, Leit-

bote für kleine und mittlere Unternehmen in

Den Gesamtprozess der Plattform Industrie

Deutschland. Mit über 350 Beispielen sowie

4.0 verantwortet die Leitung des Bundesmi-

einer Übersicht an Testzentren veranschau-

nisteriums für Wirtschaft und Energie und des

fäden und Diskussionspapiere.

Internationale Impulse setzten

einer sozialen Marktwirtschaft entsprechen.

licht die Online-Landkarte der Plattform, wo

Bundesministeriums für Bildung und For-

Die Plattform Industrie 4.0 hat Industrie 4.0

Industrie 4.0-Lösungen bereits heute erfolg-

schung, gemeinsam mit ausgewählten Spit-

international als Marke etabliert und gibt

reich umgesetzt werden. Mit Hilfe des vom

zenvertretern aus Wirtschaft, Gewerkschaft

Impulse in den internationalen Diskurs zur

Bundeswirtschafts- und Bundesforschungs-

und Wissenschaft.

Digitalisierung der Produktion. Zahlreiche

ministerium gegründeten Transfer-Netz-

Kooperationen mit nationalen und interna-

werks Industrie 4.0 werden regionale und

tionalen Allianzen sind aus der Arbeit der

nationale Angebote vernetzt, um Synergien

Plattform hervorgegangen. Über strategi-

zu erzielen. In Kooperation mit den Industrie-

sche Partnerschaften im Bereich der Digita-

und Handelskammern sowie den Verbänden

lisierung ist die Plattform in Deutschland mit

ZVEI, VDMA und Bitkom hat die Plattform

beispielsweise der Plattform Lernende Sys-

zudem Informations- und Transferformate

teme und dem International Dataspace ver-

für den Mittelstand entwickelt.

Plattform Industrie 4.0 online: www.plattform-i40.de

Ihre Ansprechpartnerin Janina Henning j.henning@plattform-i40.de

Porträt

FUTUR 2/2019

Industrienahe Forschung zum Anfassen Das neue Industrie 4.0 Transferzentrum Berlin Seit weit mehr als einem Jahrzehnt ist die digital integrierte Produktion der zentrale Forschungsschwerpunkt am Fraunhofer IPK. Mit der Eröffnung des Industrie 4.0 Transferzentrums Berlin unterstreicht das Institut einmal mehr seine Leistungsfähigkeit in der Entwicklung von Technologien für die digitale Transformation. Ab September 2019 können sich Interessierte aus Industrie, Wissenschaft und Politik im neuen Transferzentrum live über den aktuellen Forschungsstand informieren.

ten wie diejenigen, die auf der Suche nach

►►Sensorik in additiven Bauteilen

Lösungsansätzen für singuläre Problemstel-

Wirkstellennahe Ausrüstung komplexer

lungen bei der digitalen Transformation ihres

Bauteilgeometrien mit Sensorik

Unternehmens sind. ►► ErgoJack Insgesamt neun Demonstratoren machen

Softorthese mit Echtzeit-Bewegungserken-

Industrie 4.0 im Transferzentrum Berlin

nung und Feedback zur ergonomischen

erleb­bar. Folgende Themen werden

Haltungsverbesserung

präsentiert:

►►Digital Maintenance ►►Virtual Reality und Digitaler Zwilling

Detektion von Schäden an einer Kugel­ umlaufspindel mittels Machine Learning

Entwicklung von Produkten mit virtuellen Prototypen und der Produktionsumgebung als digitalem Zwilling

►►Intelligente Produktions­ umgebung Demonstration einer Produktionsumgebung

►►Smart Scratch Präsentiert werden Lösungen verschiede-

Gestenbasierte Roboterprogrammierung,

ner Technologie-Reifegrade. Damit ist das

für die keine Robotik- oder Programmier-

Transferzentrum gleichermaßen Leistungs-

kenntnisse notwendig sind

schau und Zukunftsvision. Es gewährt Einblicke in die gesamte Bandbreite der Industrie 4.0-Forschung am Fraunhofer IPK.

der Zukunft

►►Smart Service Customization Entwicklung datengetriebener Geschäftsmodelle mittels Data Analytics

►►Gestenbasierte Roboterprogrammierung Intuitive und schnelle Einrichtung neuer

Forschung für digital integrierte Produktion

Fertigungsaufgaben dank einer Kombina-

am Fraunhofer IPK ist stets humanzentriert.

tion aus Gestenerfassung und Augmented

Gezeigt werden deshalb vor allem auch

Reality

Technologien, die die Arbeit der Werkerin und des Werkers vereinfachen und eine

►►Industrie 4.0 aus dem Koffer

intuitive Steuerung softwarebasierter Anla-

Schnelle Vernetzung von Maschinen und

gen und Roboter möglich machen.

Anlagen zur auftragsindividuellen Einpla-

Besucherinnen und Besucher, die sich über

Spezialaufträgen

nung und einfachen Nachverfolgung von Ihr Ansprechpartner

die intelligente Vernetzung entlang der

Claudio Geisert

gesamten Wertschöpfungskette informie-

Telefon: +49 30 39006-133

ren wollen, kommen genauso auf ihre Kos-

claudio.geisert@ipk.fraunhofer.de

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Ereignisse und Termine

Neuer Einsatz für den ePuzzler Fraunhofer IPK und Fundación IWO präsentierten erste Erfolge bei der virtuellen Rekonstruktion von durch Terror zerstörten Archivalien

Eindrucksvoller Rahmen für ein beeindruckendes Projekt: Die Veranstaltung fand im Wappensaal des Roten Rathauses statt.

Am 7. August 2019 wurden im Berliner Roten Rathaus erste Ergeb-

am IPK entwickelten Software, sollen die Bestände automatisiert

nisse eines deutsch-argentinischen Kooperationsprojekts vorgestellt.

rekonstruiert werden. Kern des ePuzzlers sind modernste Bildver-

In dem Projekt werden jüdische Kulturgüter automatisiert wieder-

arbeitungs- und Mustererkennungsalgorithmen, auf deren Basis

hergestellt, auch dank einer neuen Scantechnologie.

gescannte Papierfragmente ohne Vorlage virtuell zu vollständigen Seiten zusammengesetzt werden können.

In einer vom Auswärtigen Amt geförderten Pilotphase gelang es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Fraunhofer IPK,

Das Projekt profitiert enorm von jüngsten Entwicklungsfortschrit-

erste Stichprobendokumente aus der Bibliothek der Fundación IWO

ten bei der Digitalisierung von Papierfragmenten. Gemeinsam mit

(Idisher Visnshaftlejer Institut – Instituto Judío de Investigaciones)

der Firma MFB MusterFabrik Berlin GmbH hat das Fraunhofer IPK

zu rekonstruieren. Diese wurden beschädigt, als 1994 in Buenos

einen neuartigen Dokumentenscanner entwickelt, der Papierfrag-

Aires ein Bombenanschlag auf das Gebäude der Asociación Mutual

mente nahezu jeder Form und Größe hochauflösend sowie farb-

Israelita Argentina (AMIA), der Zentrale der jüdischen Gemeinde in

und geome­triegetreu gegenüber den Originalen erfasst. Dies ist

Argentinien, verübt wurde.

notwendig, um Beziehungen zwischen den Teilen, wie zum Beispiel identische Pigmentierung oder benachbarte Kanten zuverlässig zu

Seit dem Anschlag steht das IWO vor der Herausforderung, Milli-

erkennen. Gleichzeitig erreicht das Gerät eine hohe Durchsatzrate

onen von Fragmenten in ihren Originalzusammenhang zurückzu-

sowohl bei der Zuführung der Originale als auch bei der Bildauf-

bringen. Neben dem Beschädigungsgrad schließt schon die Menge

nahme. Ein Scanner, der all diese Qualitätsmerkmale aufweist, ist

der einzelnen Teile eine manuelle Rekonstruktion aus. Hier kommt

am Markt bisher nicht verfügbar.

das Fraunhofer IPK in Berlin ins Spiel. Mithilfe des ePuzzlers, einer

Ereignisse und Termine

FUTUR 2/2019

Festlicher Abschluss im Säulensaal des Roten Rathauses

Seit Anfang 2019 wird im Rahmen der Pilotphase des IWO-Projekts erstmals die neue Scantechnologie für eine Stichprobenanalyse von Dokumenten mit unterschiedlichen Zerstörungsgraden angewendet. Unter den bisher digitalisierten und erfolgreich rekon­struierten Papieren befinden sich bedeutende Zeugnisse der ostjüdischen Kultur und bislang nicht publizierte Manuskripte von Shoa-Überlebenden. Auf der Veranstaltung im Roten Rathaus ordneten hochrangige Vertreter und Vertreterinnen des IWO aus Buenos Aires die Rekonstruktionsergebnisse ein und zeigten deren Bedeutung auf.

Der ePuzzler hatte seine Leistungsfähigkeit zuvor schon in mehreren Projekten unter Beweis gestellt. Ursprünglich war er entwickelt worden, um zerstörte Akten des DDR-Staats­sicherheitsdienstes wieder lesbar zu machen. Später wurde er unter anderem bei der Wiederherstellung der beim Einsturz des Historischen Archivs der Stadt Köln im Jahr 2009 zerstörten Dokumente eingesetzt sowie für die Rekonstruktion des mittelalterlichen Gebetbuches Narek in Jerewan, Armenien.

(von oben) Silvia und Chaskiel Hansman, Archivarin und Präsident der Fundación IWO, berichteten von den Folgen des Terroranschlags für die jüdische Erinnerungskultur. Dr. Bertram Nickolay leitet am Fraunhofer IPK das Projekt zur virtuellen Rekonstruktion der zerstörten Archivdokumente.

Eine Podiumsdiskussion bildete den Abschluss des Vortragsprogramms.

Die Präsentation des IWO-Projekts am 7. August im Roten Rathaus erfolgte in Kooperation mit der Senatskanzlei Berlin und dem Aus-

Ihr Ansprechpartner

wärtigen Amt im Rahmen des 25. Ju­biläumsjahres der Städtepart-

Dr.-Ing. Bertram Nickolay

nerschaft Berlin – Buenos Aires.

Telefon: +49 30 39006-201 bertram.nickolay@ipk.fraunhofer.de

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Ereignisse und Termine

Früh übt sich... ... wer zum Thema Produktentwicklung forschen will Das Fraunhofer IPK engagiert sich für die Nachwuchsförderung. Im Juni und Juli dieses Jahres wurden einigen Schülern und einer Schülerin Einblicke in Forschung und aktuelle Projekte des Geschäftsfeldes Virtuelle Produktentstehung ermöglicht. Vier Acht- und Neuntklässler verschiedener Berliner Gymnasien und eine Elftklässlerin der Deutschen Schule Quito aus Ecuador verbrachten ihr Schulpraktikum von zwei bzw. vier Wochen in der Abteilung für Informations- und Prozesssteuerung (IPS).

Mit minimalen Vorkenntnissen zum Thema Produktentwicklung begannen die Berliner Schüler ihr Praktikum. Den Praktikanten wurde die Aufgabe gestellt, einen Demonstrator für die Forschungsthemen der Abteilung zu konzeptionieren und zu bauen. Sie sollten eigenständig als Team verschiedene Methoden erarbeiten und anwenden, um neben ihren technologischen Kenntnissen auch ihre

»Ich werde auf jeden Fall [in der Schule] erzählen, dass wir

Teamfähigkeit, Selbstständigkeit und strukturiertes Arbeiten zu ver-

eine eigene App entwickelt haben.« (Niclas Plietz)

bessern. Dabei lernten sie insbesondere, wie ein Produktentwicklungsprozess abläuft, welche Hilfsmittel die virtuelle Produktentste-

»Vorher wusste man gar nichts, und jetzt hat man hier alles

hung bietet und welche aktuellen Themen wie Nachhaltigkeit und

selber gestaltet. Das ist schon ein krasses Gefühl.«

Smart Services dabei berücksichtigt werden müssen. Den Demons-

(Fouad Foda)

trator entwickelten sie mithilfe von Methoden aus dem Bereich des Design Thinkings, wie Persona-Entwicklung, Customer Journeys

»Gefühlt haben wir in den letzten zwei Wochen zehnmal

und Prototypenbau. Um die Forschungsthemen zu verstehen und

mehr gelernt als im letzten Schuljahr.« (Oskar Xylander)

auch darstellen zu können, führten die Schüler Interviews mit den wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Abteilung.

Anschließend durften die Schüler selbst verschiedene Domänen der Produktentwicklung, wie 3D-Modellierung, Prototypenbau, Elektronik- und Softwareentwicklung, ausprobieren und ihre selbst entwickelten Ideen umsetzen. Am Ende der zwei Wochen präsentierten die Schüler ihr Konzept und den Prototypen des Demonstrators sowie eine dazugehörige Android-App mit den integrierten Interviewvideos vor der gesamten Abteilung.

In den darauffolgenden vier Wochen wurden der Prototyp und die App von einer weiteren Schülerpraktikantin weiterentwickelt. Hierbei lag der Fokus auf der Anpassung und Umsetzung des bereits vorhandenen Demonstrators. Die Schülerin lernte Grundzüge der App-Programmierung, Elektronik und 3D-Modellierung und implementierte selbst eine Steuerung zur Bewegung von Bauteilen des Demonstrators. Aus Sicht aller Beteiligter waren die insgesamt sechs Wochen auf jeden Fall ein voller Erfolg.

Ihre Ansprechpartnerin Theresa Riedelsheimer Telefon: +49 30 39006-219 theresa.riedelsheimer@ipk.fraunhofer.de

Ereignisse und Termine

FUTUR 2/2019

Mobilität der Zukunft ... muss produziert werden Wie muss sich die deutsche Automobilindustrie angesichts von Veränderungen durch Digitalisierung, Markt, Mensch und neuen Antriebstechnologien wandeln? Wie werden die neuen Fahrzeuge aussehen? Sind sie elektrisch, durch fossile Brennstoffe angetrieben, automatisiert oder fahren sie sogar autonom? All das ist heute mit Bestimmtheit noch nicht vorhersagbar. Eine Sache, die im Gegensatz dazu deutlich vorhersagbar ist, ist der Handlungsbedarf für die Sicherung und den Ausbau des Produktionsstandortes Deutschland.

In ihrem Whitepaper stellt die Fraunhofer-Allianz autoMOBILproduktion Optionen und einen konkreten Lösungsraum vor.

Die Studie steht zum kostenlosen Download zur Verfügung: www.automobil.fraunhofer.de/de/FormularDownload.html Ihr Ansprechpartner Eckhard Hohwieler Telefon: +49 30 39006-121 eckhard.hohwieler@ipk.fraunhofer.de

Neues aus unserer Forschung PTZ-Jahresbericht 2018 / 2019 erschienen Sie wollen Forschung jenseits der Schlagworte? Lesen Sie den Jahresbericht 2018 / 2019 des Produktionstechnischen Zentrums (PTZ) Berlin!

Die Digitalisierung sowie die Vernetzung in der I­ndustrie schreiten konsequent voran. Damit einhergehend entwickeln sich neue Möglichkeiten im Bereich des Cross Research Developments, in dessen Zentrum in diesem Jahr das Querschnittsthema »Additive Fertigung« gestellt wird. Auch die »Digitale Vernetzung« nimmt weiter Fahrt auf. Zahlreiche Projekte, die in diesem Rahmen durchgeführt werden, stellen wir Ihnen in unserem Jahresbericht vor.

Der Jahresbericht steht zum kostenlosen Download zur Verfügung: s.fhg.de/ipk-JB18 Ihre Ansprechpartnerin Katharina Strohmeier Telefon: +49 30 39006-331 katharina.strohmeier@ipk.fraunhofer.de

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Ereignisse und Termine

Let's Talk Innovation Pläne für das Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science vorgestellt Unter dem Motto »Let’s Talk Innovation« fiel am 27. Juni 2019 der offizielle Startschuss für die Kooperation von 26 Unternehmen und Forschungsinstitu­tionen zum Aufbau des Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science. Bei der Veranstaltung in der eindrucksvollen Siemens-Mosaikhalle in Berlin gaben Vertreter der vier größten Partner TU Berlin, Fraunhofer-Gesellschaft, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung sowie Siemens erste Einblicke in die Pläne für die Institution, die als Forschungsarm des Siemensstadt-Projekts die Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Industrie bildet. Der Berliner Senat, der das Projekt von Beginn an unterstützt, war unter anderem durch den Staatssekretär für Wissenschaft und Forschung Steffen Krach vertreten.

Fraunhofer IPK-Leiter Prof. Dr. Dr. Eckart Uhlmann erläuterte bei einer Panel-Diskussion die Rolle der Fraunhofer-Gesellschaft im Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science. Als Einrichtung der anwendungsorientierten Forschung ist sie das Bindeglied zwischen der Grundlagenforschung und dem Endanwender und bringt mit ihren vier Berliner Fraunhofer-Instituten FOKUS, HHI, IPK und IZM vor allem Kompetenzen in den Technologiebereichen Digitalisierung und Additive Manufacturing in das Centre ein. Wie gelungene Kooperationen zwischen Grundlagen- und anwendungsorientierter Forschung sowie Endanwendern aussehen, erörterte Prof. Uhlmann anhand des reichhaltigen Erfahrungsschatzes des Fraunhofer IPK, zum Beispiel im Bereich Maintenance, Repair and Overhaul.

Ihr Ansprechpartner Prof. Dr. Dr. Eckart Uhlmann Telefon: +49 30 39006-100 eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de

Oben (v. l. n. r.): Panel-Diskussion mit Moderatorin Lydia Bierwirth, Prof.

Ingomar Kelbassa, Dr. Karina Rigby (alle Siemens), Prof. Ulrich Panne (BAM), Prof. Christian Thomsen (TU Berlin), Prof. Eckart Uhlmann (Fraunhofer IPK).

Mitte und unten: Ausstellung der Partner des Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science. (© Siemens)

FUTUR 2/2019

Termine Mehr Können – Veranstaltungen 2019 Unsere Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung präsentieren wir regelmäßig auf Messen, Konferenzen, Technologietagen, Industrieworkshops und in Seminaren. Wo und wann Sie mit uns ins Gespräch kommen können, verrät Ihnen unser Terminkalender.

12. – 13. September 2019

PTK 2019: Digital Integrierte Produktion – Lösungen aus Berlin/Brandenburg

23. – 27. September 2019

Fraunhofer-Zertifikatsprogramm PLM Professional

26. September 2019

IAK Keramikbearbeitung

26. September 2019

Workshop: Future Qualification Morning

Oktober 2019

International Master (M. Sc.) Global Production Engineering

22. Oktober 2019

Workshop: Modellbasiertes Systems Engineering

25. Oktober 2019

Seminar: Wissensmanagement im Kontext der IS0 9001:2015

06. – 08. November 2019

Seminar: Grundlagen der industriellen Bauteilreinigung

08. November 2019

Workshop: Der Arbeitsplatz der Zukunft

13. – 14. November 2019

Seminar: Doppelseitenplanschleifen mit Planetenkinematik

14. November 2019

Industrieworkshop: Lifecycle Monitoring

21. – 22. November 2019

Seminar: Wissensbilanz Made in Germany

28. – 29. November 2019

Workshop: Kantenworkshop

4. Dezember 2019

IAK: Nachbereitung von additiv gerfertigen Bauteilen

Detaillierte Informationen zu allen Veranstaltungen und Möglichkeiten zur Anmeldung finden Sie unter www.ipk.fraunhofer.de/weiterbildung

TIPP

Grundlagen der industriellen Bauteilreinigung

Seminar, 6. - 8. November 2019, PTZ Berlin Die Reinigungstechnik ist ein fester Bestandteil in der Prozesskette zur Herstellung eines Produkts und ein wichtiges Querschnittsthema für den Maschinen- und Anlagenbau sowie für die Produktions- und Verfahrenstechnik. Reinigungstechnisches Wissen kann nicht in einem Ausbildungsberuf oder Studium erlernt werden, somit fehlt es in der Industrie an qualifiziertem Know-how und Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Dieses fehlende Wissen zum methodischen und systematischen Vorgehen in der Reinigungstechnik können Sie bei der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik erlernen. Die Fachleute der Allianz Reinigungstechnik stellen bewusst nicht bestimmte Verfahren, Anwendungen oder Branchen in den Vordergrund. Ihr Ziel ist

Entlang dieser Fragestellungen erlernen die Teilnehmerinnen und

vielmehr eine bedarfsorientierte, unternehmens- und anwendungs-

Teilnehmer eine methodische Herangehensweise zur Lösung von

neutrale Schulung zu den folgenden Fragestellungen:

Reinigungsaufgaben und erwerben theoretische Grundlagen zu Reinigungssystematik, -verfahren, -analytik und Qualitätsmanagement.

- Wie gehe ich Reinigung an?

- Wie gliedert sich die Reinigung in die Produktionskette ein?

- Welche Reinigungsverfahren stehen mir zur Verfügung?

- Wie messe ich die Sauberkeit meines Bauteils?

- Welche Möglichkeiten der Qualitätssicherung habe ich?

Weitere Informationen und Anmeldung: www.ipk.fraunhofer.de/weiterbildung

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Kurzprofil Produktionstechnisches Zentrum (PTZ) Berlin Das Produktionstechnische Zentrum PTZ Berlin umfasst das Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der Technischen Univer­sität Berlin und das ­­Fraunhofer -Institut für Produktionsanlagen und Kons­ truktionstechnik IPK. Im PTZ werden Methoden und Technologien für das Management, die Produktentwicklung, den Produktionsprozess und die Gestaltung industrieller Fabrikbetriebe erarbeitet.

Zudem erschließen wir auf Grundlage unseres fundierten Know-hows neue Anwendungen in zukunftsträchtigen Gebieten wie der Sicherheits-, Verkehrs- und Medizin­technik.

Besonderes Ziel des PTZ ist es, neben eigenen Beiträgen zur anwendungs­orientierten Grundlagenforschung neue Technologien in enger Zusammenarbeit mit der Wirtschaft zu entwickeln. Das PTZ überführt die im Rahmen von Forschungsprojekten erzielten Basisinnova­tionen gemeinsam mit Industriepartnern in funktionsfähige Anwendungen.

Wir unterstützen unsere Partner von der Produktidee über die Produktentwicklung und die Fertigung bis hin zur Wiederver-

Ihre Ansprechpartner im PTZ Berlin Unternehmensmanagement, Nachhaltige Unternehmensentwicklung Prof. Dr.-Ing. Holger Kohl Telefon: +49 30 39006-233 holger.kohl@ipk.fraunhofer.de Virtuelle Produktentstehung, Industrielle Informationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark Telefon: +49 30 39006-243 rainer.stark@ipk.fraunhofer.de Produktionssysteme, Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Telefon: +49 30 39006-101 eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de Füge- und Beschichtungstechnik (IPK) Prof. Dr.-Ing. Michael Rethmeier Telefon: +49 30 8104-1550 michael.rethmeier@ipk.fraunhofer.de Beschichtungstechnik (IWF) Prof. Dr.-Ing. habil. Christian Rupprecht Telefon: +49 30 314-25176 rupprecht@tu-berlin.de Automatisierungstechnik, Industrielle Automatisierungstechnik Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger Telefon: +49 30 39006-178 joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de Montage- und Handhabungstechnik Prof. Dr.-Ing. Franz Dietrich Telefon: +49 30 314-22014 f.dietrich@tu-berlin.de

Hierzu gehört auch die Konzipierung von Produktionsmitteln, deren Integration in komplexe Produktionsanlagen sowie die Innovation aller planenden und steuernden Prozesse im Unternehmen.

Kompetenzzentren

AdvanCer Hochleistungskeramik Christian Schmiedel Telefon: +49 30 39006-267 christian.schmiedel@ipk.fraunhofer.de

Additive Fertigung Dr.-Ing. André Bergmann Telefon: +49 39006-107 andre.bergmann@ipk.fraunhofer.de

autoMOBILproduktion Dipl.-Ing. Eckhard Hohwieler Telefon: +49 30 39006-121 eckhard.hohwieler@ipk.fraunhofer.de

Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik (AMP) Dr.-Ing. Julian Polte Telefon: +49 30 39006-433 julian.polte@ipk.fraunhofer.de

Big Data und Künstliche Intelligenz Dipl.-Ing. Kai Lindow Telefon: +49 30 39006-214 kai.lindow@ipk.fraunhofer.de

Benchmarking Dr.-Ing. Ronald Orth Telefon: +49 30 39006-171 ronald.orth@ipk.fraunhofer.de

Generative Fertigung Dr.-Ing. André Bergmann Telefon: +49 39006-107 andre.bergmann@ipk.fraunhofer.de

Leistungszentrum Digitale Vernetzung Geschäftsstelle Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Telefon: +49 30 39006-101 eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de

Numerische Simulation von Produkten, Prozessen Sebastian Uhlemann Telefon: +49 30 39006-124 sebastian.uhlemann@ipk.fraunhofer.de Reinigungstechnik Dr.-Ing. Sascha Reinkober Telefon: +49 30 39006-326 sascha.reinkober@ipk.fraunhofer.de SysWasser Dipl.-Ing. Gerhard Schreck Telefon: +49 30 39006-152 gerhard.schreck@ipk.fraunhofer.de Verkehr Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann (komm.)

Telefon: +49 30 39006-101 eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de

Qualitätswissenschaft Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem Telefon: +49 30 314-22004 roland.jochem@tu-berlin.de

Arbeitskreise

­­Fraunhofer Innovationscluster

Berliner Runde (Werkzeugmaschinen) Simon Thom, M. Sc. Telefon: +49 30 314-24456 simon.thom@iwf.tu-berlin.de

wertung mit von uns entwickelten oder verbesserten Methoden und Verfahren.

­­Fraunhofer -Allianzen

LCE Life Cycle Engineering Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Telefon: +49 30 39006-100 eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de Next Generation ID Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger Telefon: +49 30 39006-178 joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de

Keramikbearbeitung Alexander Eulitz, M. Sc. Telefon: +49 30 314-24963 eulitz@iwf.tu-berlin.de Mikroproduktionstechnik Dr.-Ing. Mitchel Polte Telefon: +49 30 39006-434 mitchel.polte@ipk.fraunhofer.de Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe Gerret Christiansen Telefon: +49 30 314-24963 gerret.christiansen@iwf.tu-berlin.de

PDM/PLM Dr.-Ing. Kai Lindow Telefon: +49 30 39006-214 kai.lindow@ipk.fraunhofer.de Prozessmanagement Prof. Dr.-Ing. Thomas Knothe Telefon: +49 30 39006-195 thomas.knothe@ipk.fraunhofer.de Simulation und Fabrikplanung Prof. Dr.-Ing. Thomas Knothe Telefon: +49 30 39006-195 thomas.knothe@ipk.fraunhofer.de dip – Digital Integrierte Produktion Dipl.-Ing. Eckhard Hohwieler Telefon: +49 30 39006-121 eckhard.hohwieler@ipk.fraunhofer.de Veranstaltungsmanagement Mehr Können Claudia Engel Telefon: +49 30 39006-238 claudia.engel@ipk.fraunhofer.de Virtual Reality Solution Center (VRSC) Dipl.-Sporting. Andreas Geiger Telefon: +49 30 39006-109 andreas.geiger@ipk.fraunhofer.de Wissensmanagement Dr.-Ing. Ronald Orth Telefon: +49 30 39006-171 ronald.orth@ipk.fraunhofer.de Zentrum für Innovative Produktentstehung (ZIP) Dr.-Ing. Kai Lindow Telefon: +49 30 39006-214 kai.lindow@ipk.fraunhofer.de