Futur 1 2016

Mitteilungen aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin

FUTUR Vision Innovation Realisierung

Industrie 4.0 – So produzieren wir morgen

Flexible Produktion mit Durchblick Informationsfabrik Industrie 4.0

Fraunhofer IPK auf der Hannover Messe 2016

Smart Data fĂźr die Informationslogistik

Inhalt Impressum FUTUR 1/2016 18. Jahrgang ISSN 1438-1125

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

04

Flexible ­Produktion mit Durchblick: ­Fraunhofer IPK auf der Hannover Messe 2016

08

RetroNet: Praxisnahe Brücke in die Industrie 4.0

09

JUMP 4.0: Mobile Jobplanung für den Meister in der Produktion

10

AMELIE 4.0: Mikro-elektromechanisches Elektroniksystem zur Zustands­überwachung in der Industrie 4.0

12

Informationsfabrik Industrie 4.0: Smart Data für die lebenszyklusbegleitende Informationslogistik

14

Quality Science Lab: Fabrik mit Qualitätsbewusstsein

16

Hybrid und roboterbasiert: Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen

Satz und Layout Ismaël Sanou

18

Schicht für Schicht: Auftragschweißen dreidimensionaler Körper

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

20

Innovation mit Methode: Medical Systems Engineering

22

Interview: Smarte Werkstatt

24

Partnerunternehmen: flexis AG

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Ereignisse und Termine

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PTZ im Überblick

Mitherausgeber Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem Prof. Dr.-Ing. Holger Kohl Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger Prof. Dr.-Ing. Michael Rethmeier Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark

F­ raunhofer -Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin Chefredaktion Steffen Pospischil Redaktion Claudia Engel Katharina Strohmeier

Herstellung Ruksaldruck GmbH + Co. KG Fotos BMVBS: 29 oben flexis AG: 24 Fraunhofer FOKUS: 27 Fraunhofer IPK / Lukasz Buda: 5, 6, 7 Fraunhofer IPK / Angela Salvo: 28 Fraunhofer IPK / Katharina Strohmeier: 26 oben, 29 unten Fraunhofer Venture: 25 Opel AG: 23

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

Belegexemplare werden erbeten.

FUTUR 1/2016

Editorial Liebe Leserinnen, liebe Leser,

Industrie 4.0 muss für Produktionsbetriebe jeder Größe ökonomisch umsetzbar sein.

Deshalb arbeiten wir in neuen Entwicklungskooperationen intensiv daran, Industrie 4.0 wirtschaftlich auf den Hallenboden zu bringen – auch in kleinen und mittleren Betrieben. Wir begreifen Industrie 4.0 als große Chance, Produktion durch den Einsatz modernster Informationstechnologien

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

flexibler und effektiver zu gestalten und damit individuelle Kundenwünsche kosten-

Rund einen Monat später laden wir Fach-

günstig umzusetzen. In unserer Fabrik der

und Führungskräfte produzierender Unter-

Zukunft kommunizieren und kooperieren

nehmen zum Technologietag »Industrie 4.0«

Maschinen miteinander sowie mit Werkstü-

ins Produktionstechnische Zentrum (PTZ)

cken und Produktionsmitarbeitern. Informa-

ein. Am 10. Juni präsentieren wir erstmals

tionen zum Auftragsstatus und zu Maschi-

in einer Leistungsschau das komplette Ange-

nenzuständen werden jederzeit und überall

bot unserer Industrie-4.0-Technologien und

verfügbar. All dies trägt dazu bei, Produk-

zeigen konkrete Lösungen für die industri-

tionsprozesse zu optimieren und Arbeits-

elle Praxis. Wir hinterfragen kritisch aktu-

abläufe flexibel zu gestalten. Produktion

elle Trends und Entwicklungen und diskutie-

muss dann nicht mehr zentral organisiert

ren gemeinsam mit Ihnen, was davon mehr

und vorgeplant werden – Mitarbeiter auf

Wunsch als Wirklichkeit ist und welche Sze-

allen Ebenen im Betrieb können größere

narien tatsächlich sinnvoll und umsetzbar

Verantwortung für die Steuerung des Pro-

sind. In unserem Versuchsfeld lernen Sie

duktionsablaufs übernehmen, intelligente

unsere Technologien in Aktion kennen und

Technologien unterstützen sie dabei.

können vor Ort prüfen, welche Potenziale

Wie genau das funktioniert, können Sie in

Anwender ergeben.

und Nutzen sich ganz konkret für Sie als dieser FUTUR nachlesen oder auf verschiedenen Veranstaltungen live erleben. Den Auf-

Künf­tig wird zudem ein Anwendungszen-

takt macht die Hannover Messe: Vom 25. bis

trum »Digital Integrierte Produktion« in

29. April präsentieren wir unser Großexpo-

un­seren Räumen Unternehmen ein Testbed

nat »Industrie 4.0: Flexible Produktion mit

bieten, um Industrie-4.0-Technologien prak-

­Durchblick« auf dem Stand des Fraunhofer-

tisch zu erproben. Wir freuen uns auf Ihren

Verbunds Produktion. Wir zeigen eine inte-

Besuch und darauf, mit Ihnen ins Gespräch

grierte Industrie 4.0-Fabrik mit einer neuen

zu kommen.

Produktionsorganisation ohne starre Pläne und feste Verkettungen, die das menschliche

Ihr

Koordinations- und Entscheidungsvermögen zum Schlüsselelement der Ablaufsteuerung macht. Das Exponat vereint Ergebnisse aus drei Forschungsprojekten und stellt fünf Beispiele für die künftige Aufgabengestaltung in der Industrie 4.0-Arbeitswelt vor.

Eckart Uhlmann

3

4

Forschung und Entwicklung

Industrie 4.0

Flexible P­ roduktion mit Durchblick ­Fraunhofer IPK auf der Hannover Messe 2016 Kleine und schwankende Losgrößen bei stabilen Produktionskosten zu fertigen ist ein wachsender Bedarf der Industrie. Doch wo Produktion flexibler wird, steigt auch die Komplexität der Abläufe und damit die Gefahr, dass unbeherrschbare Prozesse die Fertigung unwirtschaftlich machen. Auf der Hannover Messe 2016 zeigt das Fraunhofer IPK gemeinsam mit Industriepartnern, wie digital integ­ rierte Technologien in einer flexibel organisierten Produktion für den nötigen Durchblick sorgen. Dabei werden entlang einer Prozesskette vom unternehmens­ weiten Auftragsmanagement über die Fertigungsorganisation bis zur Arbeit an der einzelnen Maschine die Aufgaben und Tätigkeiten von Mitarbeitern in der Produktion neu definiert.

Industrie 4.0 verspricht vor allem: große Flexibilität in der Produktion. Künftig soll es möglich werden, Fertigung bei stabilen Kosten auf immer neue Produkt- und Prozessvarianten einzustellen. Im Idealfall sollen selbst kleine und kleinste Losgrößen realisierbar werden, ohne dass die Produktionskosten explodieren.

Der Schlüssel dazu steckt in vernetzten Informations- und Kommunikationstechnologien: In der Fabrik der Zukunft sind sämtliche Instanzen der Fertigung – Menschen, Werkstücke, Maschinen und Werkzeuge – durch modernste IKT verknüpft. Sie können direkt miteinander kommunizieren und kooperieren. Gleichzeitig werden produktionsbezogene Informationen jederzeit in Echtzeit

Hannover Messe 2016: Das Exponat aus dem Vorjahr wird umfassend erweitert, um einen Blick auf die flexible Produktion von morgen zu ermöglichen.

verfügbar und können in situations- und aufgabengerechter Darstellung an jedem Ort

►►Exponat des Fraunhofer IPK

abruf- und austauschbar gemacht werden.

Wie auf dieser Grundlage Produktion fle-

kettung aufzuheben. Eine Alternative

xibler gestaltet werden kann, zeigt das

ist das Werkstattprinzip. Dabei werden

Solche Technologien ermöglichen neue For-

Fraunhofer IPK auf der Hannover Messe

Maschinen für ähnliche Fertigungsaufga-

men der Produktionsorganisation, die starre

2016 am Beispiel einer Getriebefertigung.

ben gruppiert. Dies ermöglicht einen fle-

Fertigungsstrukturen aufbrechen. Mitarbei-

Zahnräder werden bisher in fest verketteten

xiblen Durchlauf eines Auftrags durch die

ter auf allen Ebenen im Betrieb – von der

Linien hergestellt, bei denen etwa Fräs- und

Fertigung. Außerdem können Maschinen-

Unternehmensleitung über die Produktions-

Drehmaschinen miteinander verbunden und

gruppen für verschiedene Bearbeitungsauf-

planung bis auf den Shop Floor – können

die auf spezifische Bauteile ausgelegt sind.

gaben unterschiedlich groß ausgelegt wer-

umfassender und wirksamer als je zuvor

Fällt eine Maschine aus, steht die ganze Linie

den – zeit­intensivere Bearbeitungsverfahren

über Auftragsdaten und Prozesspläne infor-

still. Zudem ist es aufwendig bis unmöglich,

können mit mehr Kapazitäten ausgestattet

Will man hier flexibler werden, ist die Ver-

miert und mithilfe intelligenter Werkzeuge

Linien auf ein variantenreiches Angebots­

werden. Die Reaktionsfähigkeit und Auslas-

in die Steuerung des Produktionsablaufs ein-

portfolio einzustellen oder Aufträge mit

tung des Maschinenparks können dadurch

gebunden werden.

besonderen Anforderungen zu fertigen.

erheblich verbessert werden.

FUTUR 1/2016

In der Fabrik der Zukunft sind alle Mitarbeiter mithilfe intelligenter Technologien in ein flexibles Prozessnetz eingebunden.

Ein solches Fabriklayout erlaubt es, Abläufe jederzeit zu verändern und an auftragsspe-

►►Digitale Technologien unter­ stützen flexible Prozessnetze

zifische Erfordernisse anzupassen. Einerseits

Hier kommen die neuen Möglichkeiten der

erheblich anpassungsfähigere Ablaufsteuerung erzielen lässt.

kann zum Beispiel ein Drehauftrag flexibel

digitalen Vernetzung ins Spiel. Sie unterstüt-

Das Hannover Messe-Exponat verdeutlicht

auf allen verfügbaren Drehmaschinen ausge-

zen die Definition und praktische Anwen-

entlang einer Prozesskette vom unterneh-

führt werden. Andererseits können Bearbei-

dung flexibler Prozessnetze, die bedarfs-

mensweiten Auftragsmanagement bis zur

tungsschritte immer wieder in anderer Folge

gerecht angepasst werden können. Dabei

Arbeit an der einzelnen Maschine, wie ein

aneinander gereiht, zusätzliche Schritte auf-

steht der Mensch im Mittelpunkt: Es sind

Paradigmenwechsel in der Produktionsor-

genommen oder Unnötiges weggelassen

die Mitarbeiter auf allen Ebenen eines Pro-

ganisation aussehen könnte. Dabei werden

werden. Allerdings ist ein dynamisches Pro-

duktionsbetriebs, die dafür sorgen, dass ein

im Zusammenspiel mit vernetzten Technolo-

zessnetz sehr abstimmungsintensiv – damit

Werkstück termingerecht durch die Ferti-

gien die Aufgaben von Mitarbeitern in unter-

es beherrschbar bleibt, muss sichergestellt

gung geleitet wird. Doch damit das in einem

schiedlichen Bereichen eines produzierenden

sein, dass alle Beteiligten zu jeder Zeit den

Prozessnetz, an dem viele Köpfe und Ferti-

Unternehmens neu definiert. Die erhöhte

Überblick behalten. Zudem müssen in

gungsstationen beteiligt sind und das mit

Flexibilität wird durch Transparenz aufge-

einer verkettungsfreien Fertigung alterna-

jeder Produktvariante etwas anders zusam-

fangen. So werden Unternehmen fit für die

tive Methoden eine wichtige Aufgabe der

mengesetzt sein könnte, zuverlässig klappt,

kundenindividuelle Produktion.

Verkettung übernehmen: einen zuverlässi-

sorgen intelligente Technologien für die

gen Produktionsdurchlauf zu gewährleisten.

nötige Transparenz und vergleichen stän-

Fünf Stationen thematisieren Technologien

Sonst könnten Bearbeitungsschritte verges-

dig den realen Arbeitsfortschritt mit den

und Forschungsergebnisse der Projekte

sen werden oder ein Auftrag auf halbem

geplanten und geforderten Terminen. Sol-

MetamoFAB, iWePro und pICASSO sowie

Weg durch die Produktion stecken bleiben,

che Konzepte machen Industrie 4.0 auch

Resultate aus IPK-eigener Vorlaufforschung.

weil er an einer Bearbeitungsstation wie-

für kleine und mittlere Unternehmen inte­

Die Präsentation erfolgt in enger Koopera-

derholt im Interesse dringenderer Aufträge

ressant, da sich bei überschaubarem Inves-

tion mit den an den Projekten beteiligten

zurückgestellt wird.

titions- und Implementierungsaufwand eine

Partnern.

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6

Forschung und Entwicklung

Industrie 4.0 ►►Station 1: Industry Cockpit Damit ein flexibles Prozessnetz nicht zu Chaos führt, ist die wichtigste Maßgabe: zu jeder Zeit den Durchblick behalten. Sollen Prozesse anpassbar sein, ohne dass der Verwaltungsaufwand die Produktion unwirtschaftlich macht, brauchen Unternehmen eine dynamische Schaltzentrale, über die jeder Mitarbeiter unmittelbar und aufgabengerecht erfährt, was er wann zur Erfüllung eines Auftrags beizutragen hat.

Das Industry Cockpit des Fraunhofer IPK und des MES-Herstellers Pickert & Partner erfüllt diese Anforderungen. Mit seiner Hilfe lässt sich ein flexibles Prozessnetz

den Fertigungsablauf an: verlässliche Durch-

gungsplanung vornimmt. Dann aber kann

zuverlässig überwachen und steuern. Das

läufe gewährleisten, während Informations­

der Plan systemunterstützt dynamisch ange-

Cockpit bündelt modellbasiert sämtliche

transparenz und eine teilweise Dezent-

passt werden. Zudem kann die Vermittlung

im Unternehmen verfügbaren Informatio-

ralisierung von Prozessverantwortlichkeit

des Plans an die Mitarbeiter direkter erfolgen.

nen und Prozesse. Damit ist jederzeit eine

Flexibilität unterstützen. Erreicht ein Kun-

Vernetzte Technologien machen es möglich,

exakte Übersicht über die Gesamtsituation

denauftrag die Fertigungsebene, muss er

jedem Mitarbeiter die für ihn relevanten Teile

des Betriebs gewährleistet – über sämtliche

auf dem Shop Floor den Kapazitäten zeit-

des Plans direkt an seinem Arbeitsplatz auf

Prozesse ebenso wie über den Zustand der

lich zugeordnet werden. Dazu plant das Fer-

dem Shop Floor bereit zu stellen.

Fertigungsanlagen. Aus dieser Datenbasis

tigungsmanagement den Produktionsablauf

lassen sich automatisch individuelle Sich-

mit Maschinenbelegungsplänen.

ten und Dashboards für jeden Mitarbeiter ableiten. Shop Floor Mitarbeiter, Schichtlei-

►►Station 3: Shop Floor Auf dem Shop Floor tragen mehrere Mit-

Bis heute ist das Planungsergebnis weitge-

arbeiter im Team die Verantwortung für

ter, Vertriebsmitarbeiter und Manager erhal-

hend fix, der Spielraum für spätere Rekon-

eine Gruppe von Maschinen – etwa für

ten diese Informationen direkt an ihrem

figuration gering. iWePro kombiniert daher

eine gewisse Anzahl Dreh- oder Fräsma-

Arbeitsplatz.

ein modernes Werkzeug zur Maschinenbe-

schinen – sowie für Prozessschritte, die mit

legungsplanung mit einem agentenbasier-

diesen Maschinen assoziiert sind. Über ent-

►►Station 2: Produktionsplanung

ten Assistenzsystem. So entsteht ein Tool,

sprechende Auszüge aus dem Maschinen-

Was das Industry Cockpit für das Prozess-

mit dem die Fertigungsleitung zunächst

belegungsplan sind sie jederzeit informiert,

netz leistet, strebt das Projekt iWePro für

wie gewohnt eine zentrale Maschinenbele-

welche ihrer Maschinen wann für welche Bearbeitungsschritte eines Auftrags eingeplant sind. Doch sie können den Plan nicht nur lesen, sie können ihn aktiv beeinflussen.

Treten Verzögerungen, Maschinenstillstände oder andere Ereignisse ein, die die Einhaltung des Plans behindern, planen sie die Belegung der Maschinen in ihrem Arbeitsbereich selbst um. Damit die Rekonfiguration möglichst wenig Reibung verursacht, steht ihnen dabei ein agentenbasiertes Assistenzsystem zur Seite. Zudem unterstützen intelligente Werkzeugmaschinen, die ihren eigenen Zustand analysieren, Wartungsbedarfe antizipieren oder Kapazitäten melden, sie in der Wahrnehmung von Verantwortung als Fertigungsmanager.

FUTUR 1/2016

►►Station 4: Shop Floor Logistik

werden kann. Es sorgt darüber hinaus für

Zahnrad auf eine Welle zu stecken. So wer-

Damit der Produktionsablauf in einer Werk-

eine optimale logistische Planung, die die

den sie nicht nur flexibler, auch ihr Einsatz-

stattfertigung reibungslos funktioniert, dür-

verfügbaren Ressourcen – Mitarbeiter und

gebiet kann sich ändern: Neuartige Roboter

fen intelligente Werkzeuge nicht nur die

Fahrzeuge – bestmöglich einsetzt. Die letzte

können Menschen bei komplexen Monta-

Steuerung der Produktionsschritte berück-

Entscheidung über die Details der Durchfüh-

geprozessen unterstützen und Belastungen –

sichtigen. Genauso wichtig ist die Organi-

rung wird aber den Mitarbeitern der Ferti-

etwa bei der Handhabung schwerer Teile

sation der Wege dazwischen.

gungslogistik überlassen.

oder bei monotonen repetitiven Aufgaben – minimieren oder den Mitarbeiter ganz davon

iWePro widmet sich daher auch den Trans-

►►Station 5: Montage

befreien. Zudem werden die Möglichkeiten

porten zwischen den Fertigungsbereichen –

Die Produktion von Bauteilen mit kunden-

zur Auslastungsoptimierung im Montage-

also von der Weichbearbeitung zur Härterei,

spezifischen Merkmalen erfordert schließlich

bereich erweitert: Je nach Auftrags- und

von dort weiter zur Hartbearbeitung und

Robotersysteme mit der Fähigkeit, sich in

Anwesenheitslage können Aufträge flexibel

schließlich zum End of Line-Puffer. Auf der

kurzer Zeit an neue Produktvarianten oder

zwischen Mitarbeitern und Robotern ver-

Messe präsentiert die SAFELOG GmbH ein

Aufgaben anzupassen. Solche Roboter besit-

teilt werden.

intelligentes Transportmanagementsystem,

zen Multi-Arm-Systeme mit artikulierenden

wie es für eine adaptive Transportorganisa-

Händen, taktile und visuelle Sensorik sowie

tion eingesetzt werden könnte. Das System

neuartige Steuerungen, die Nachgiebigkeits-,

organisiert nicht nur mit Nachdruck jegli-

Kraft- und visuelle Regelung einschließen.

che zwischen den Fertigungsbereichen anfal-

Sie befähigen Roboter, Montageaufgaben

lenden Transporte, sodass nichts vergessen

mit hoher Präzision auszuführen – etwa ein

Fraunhofer IPK auf der Hannover Messe 2015

Besuchen Sie uns auf dem Gemeinschaftsstand des Fraunhofer-Verbunds Produktion: Ort: Messe Hannover, Halle 17, Stand C18 Datum: 25. bis 29. April 2016 Öffnungszeiten: Täglich 9:00 bis 18:00 Uhr

www.ipk.fraunhofer.de/industrie-40/ hannover-messe-2016

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

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Forschung und Entwicklung

Industrie 4.0

RetroNet Praxisnahe Brücke in die Industrie 4.0 Das Sinnbild von Industrie 4.0 ist die intelligente Fabrik, in der sämtliche Produkti­ onsmittel hochgradig miteinander vernetzt sind. Diese Vernetzung gewährt Zugriff auf aktuellste Daten aus Produktion und Betrieb und unterstützt die Erstellung langfristiger Datenhistorien. Betriebswirtschaftliche Analysen, Prognosen und Entscheidungen profitieren von dieser umfassenden Informationsgrundlage. Das Verbundprojekt RetroNet ermöglicht die Anbindung auch bestehender Produk­ tionsmittel und bringt so »die Forschung auf den Hallenboden«.

Die Umsetzung von Industrie 4.0 erfor-

in Kleinunternehmen, als auch Integrations-

dert einen kontinuierlichen Veränderungs-

prozesse von Fertigungslinien der Serienpro-

prozess in den Unternehmen. Da vor allem

duktion. Basis dafür ist jeweils die Erfassung

kleine und mittlere Firmen langfristig in ihre

von Maschinen-, Anlagen- und Produkti-

Maschinen und Anlagen investieren, verzö-

onsdaten zur Übermittlung an eine zentrale

gert sich hier oftmals der praktische Einsatz

Datenhaltung.

von Industrie-4.0-Technologien und bremst deren anwendungsnahe Weiterentwicklung.

Als Adapter mit dem angedachten Funk­

Das Projekt RetroNet schlägt deshalb die

tionsumfang werden unter Federführung

Projektpartner

Brücke zwischen derzeitigem Anlagenbe-

der Bosch Rexroth AG »Konnektoren« ent-

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird

stand und der Vernetzung nach dem Indus-

wickelt. Die Entwicklung der Softwareplatt-

mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung

trie 4.0-Leitbild.

form koordiniert die PI Informatik GmbH.

nen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit

Im Projekt entstehen Methoden und Kom-

die eine Mehrwert-, Investitions- und Risi-

von morgen« gefördert und vom Projektträger

ponenten zur Integration bestehender

koabschätzung für das Unternehmen im

Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für

Hardware in die intelligente Fabriksteue-

Industrie 4.0-Integrationsprozess zulassen.

Parallel entstehen Methoden und Konzepte,

und Forschung (BMBF) im Programm »Innovatio-

den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

rung. Hierfür werden physische und logi-

Somit arbeitet RetroNet eine Struktur von

–– PI Informatik GmbH

sche Konnektoren entwickelt, mit denen

Methodiken aus, die Unternehmen von der

–– Bosch Rexroth AG

die Anbindung bestehender Maschinen

Auswahl und Kalkulation über den Integra-

–– Finow Automotive GmbH

und Anlagen an eine Steuerungsplattform

tionsprozess bis hin zum Einsatz geeigneter

–– Fraas und Richter Werkzeugbau GmbH

ermöglicht wird. Unternehmen können

Mehrwertdienste begleitet.

–– AUCOTEAM GmbH

damit sukzessive ein cyber-physisches Sys-

–– KleRo GmbH Roboterautomation

tem aufbauen und ihrem Bedarf entspre-

Das Fraunhofer IPK befasst sich im Verbund-

–– Lernfabrik Neue Technologien

chend klassische und Industrie 4.0-Produk-

projekt mit der erforderlichen Kommunika-

tion kombinieren.

tionssoftware. Ein besonderer Schwerpunkt

Berlin gGmbH

ist die Entwicklung einer Middleware, die

–– Technische Universität Berlin IWF –– Universität Stuttgart ISW

Ausgangspunkt für die Entwicklungen sind

nach dem Client-Server-Prinzip Dienste und

–– Fraunhofer IPK

die konkreten Anwendungsszenarien der

beteiligte Teilsysteme vermittelt. Die ver-

Industriepartner. Sie evaluieren, welche

fügbaren Funktionen werden als Mehrwert-

Maschinen und Anlagenteile an eine Steu-

dienste strukturiert, analog zu Apps für

erungsplattform angeschlossen werden sol-

Smartphones, und hinsichtlich der Echtzeit-

Ihr Ansprechpartner

len und welche exemplarischen Dienste für

und Sicherheitsanforderungen für den Ein-

Moritz Chemnitz

diese in Frage kommen. Das Spektrum der

satz in der Produktion optimiert.

Telefon: +49 30 39006-127

Szenarien umfasst sowohl die methodisch

moritz.chemnitz@ipk.fraunhofer.de

begleitete Integration einzelner Maschinen

FUTUR 1/2016

JUMP 4.0 Mobile Jobplanung für den Meister in der Produktion Industrie 4.0 stellt den deutschen Mittelstand vor große Herausforderungen.

Neben Investitionen zur digitalen Vernetzung bestehender Maschinen müssen auch Mitarbeiter in vernetzte Prozesse eingebunden werden. Die Initiative »Indus­ trie 4.0 – Forschung auf den betrieblichen Hallenboden« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung soll aufzeigen, wie Industrie 4.0-Lösungen gemeinsam mit dem Mittelstand umgesetzt werden können.

Ziel von »JUMP 4.0« ist es, die Hürden bei der

und exemplarisch anzuwenden. Sie baut

Umstellung auf Industrie 4.0 speziell für den

auf bereits existierenden Technologieda-

Mittelstand auf ein Minimum zu senken. Am

tenbanken wie »TecScout Industrie 4.0« auf

Fraunhofer IPK wird dafür ein interaktives Pro-

und vereinigt elementare Bestandteile der

zessmanagementsystem entwickelt. Um das

klassischen Nutzwertanalyse mit dynami-

Erfahrungswissen der Meisterinnen und Meis-

schen Technologieportfolios. Eine spezielle

ter von Anfang an in den Produktionsprozess

Rolle dabei spielen semantische Funktiona-

einfließen zu lassen, werden Kompetenzen

litäten zur ad-hoc Anknüpfung an das agile

vom Top Floor auf den Shop Floor verlagert.

Prozessmanagement.

Mit Hilfe des Prozessmanagementsystems werden die Mitarbeiter in die Lage versetzt,

Agile Organisationsformen führen zu neuen

Kundenanfragen zeitnah auf ihre Machbarkeit

Arbeitstypen sowie zu neuen Handlungs-

zu überprüfen, einzuplanen und vernetzt zu

und Entscheidungsspielräumen. Die damit

bearbeiten. Die so verkürzten Antwort- und

verbundenen neuen Organisations- und Rol-

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird

Lieferzeiten bieten Gewinnpotenzial und hel-

lenmuster werden anhand der Prozessbau-

mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung

Projektpartner

fen, die Wettbewerbsfähigkeit kleiner und

steine der »Auftrag-bis-Kunde«-Kette auf

und Forschung (BMBF) im Programm »Innovatio-

mittelständischer Unternehmen zu verbessern.

dem Shop Floor ausgelegt. Dafür werden im

nen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit

Projekt arbeitsorganisatorische Rahmenbe-

von morgen« gefördert und vom Projektträger

Dafür werden zunächst die Anforderungen an

dingungen erstellt, die sowohl die aus Kun-

Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für

solch ein Prozessmanagementsystem aus ver-

denwünschen resultierenden Prozessanforde-

den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

schiedenen Anwendungsbeispielen und den

rungen, als auch attraktive Arbeitsinhalte und

–– budatec

speziellen Gegebenheiten des Shop-Floors

-abläufe mit möglichst geringer Belastung und

abgeleitet und notwendige Bestandteile,

hohem Selbstbestimmungsgrad berücksichti-

–– KSB AG

Module und Schnittstellen von und zu ande-

gen. Außerdem werden Regeln und Empfeh-

–– Maier Werkzeugmaschinen

ren Systemen definiert. Dem zu Grunde lie-

lungen für den rechtssicheren Umgang mit

–– Pickert und Partner GmbH

gend wird eine Gesamtarchitektur entwickelt,

Nutzerdaten sowie für den Arbeitsschutz bei

–– PI Informatik

die mit einem Mindestmaß bestehender Sys-

der Einführung und Nutzung digitaler Werk-

–– Technische Universität Dresden

teme und Schnittstellen zusammenarbeitet.

zeuge gegeben.

–– Universität Stuttgart,

Sie ist modular erweiterbar, um zukünftige

IAT – Institut für Arbeitswissenschaft

Investitionen in Industrie 4.0-Technologien

Eine Demonstrator-Plattform dient schließlich

zu integrieren. Weiterhin werden Interak-

dazu, die einzelnen Lösungen für die Anwen-

tions- und Darstellungskonzepte erarbeitet,

dungsfälle prototypisch umzusetzen und in

die speziell auf den Meister und den Shop

Form mobiler Anwendungen zu evaluieren.

Floor zugeschnitten sind.

–– cirp GmbH

und Technologiemanagement –– Fraunhofer IPK

Zusätzlich werden die Projektergebnisse in einem modellbasierten, interaktiven Leitfaden

Ihr Ansprechpartner

Ein weiteres Ziel des Projekts ist es, eine

zur Umsetzung in möglichst vielen Anwen-

Patrick Gering

KMU-taugliche Methodenkette zur dynami-

dungen zur Verfügung stehen.

Telefon: +49 30 39006-167

schen Technologiebewertung zu entwickeln

patrick.gering@ipk.fraunhofer.de

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Forschung und Entwicklung

Industrie 4.0

AMELIE 4.0 Mikro-elektromechanisches Elektroniksystem zur Zustands­überwachung in der Industrie 4.0 Die auf dem Markt verfügbaren Industrie­sensoren stellen überwiegend appli­ kationsspezifische Lösungen dar, sind sehr kostenintensiv, kabelgebunden und besitzen nur ein geringes Maß an Intelligenz. Sensoren für sogenannte »microelectromechanical systems (MEMS)« sind im Vergleich zu bestehenden Industrie­ sensoren hochintegrierte, miniaturisierte und kostengünstige Multisysteme mit niedrigstem Energieverbrauch und damit die Basis für künftige Sensorsysteme in der vernetzen Produktion. Das Projekt AMELI 4.0 adressiert konsequent die Entwicklung und Umsetzung hochintegrierter, vernetzter, energieautarker MEMSMultisensorsysteme mit intelligenter Echtzeit-Datenverarbeitung auf Sensorebene bei hoher Daten- und Systemsicherheit. und energieeffizienten, sensornahen sowie adaptiven und selbstlernenden AuswertealSmart Data statt Big Data – die im Ver-

gorithmen kombiniert. Hinzu kommt eine

bundprojekt agierenden Partner sehen die

hochzuverlässige Systemdesign-Plattform

Erfassung von Körperschall und akustischem

mit hoher Autonomie und der Fähigkeit zur

Schall in Kombination mit der energieeffi-

Selbstdiagnose und Selbstkonfiguration für

zienten Signalvorverarbeitung auf Sensor­

Sensorsystem und Gateway. Die Anbin-

ebene als Schlüsseltechnologie der vernetz-

dung an Industrie 4.0-Topologien sowie die

ten, energieautarken Industriesensorik. Im

Gewährleistung der Datensicherheit durch

Fokus steht deshalb die Entwicklung eines

Absicherung der Kommunikation vervoll-

Projektpartner

elektronikbasierten Sensorsystems. Ergänzt

ständigen den ganzheitlichen Systemansatz.

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird

wird dieser Ansatz durch eine hohe System-

Das Fraunhofer IPK entwickelt im Rahmen

mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung

robustheit und ein modulares Hardware-

des Projekts adaptive, robuste und intelli-

und Forschung (BMBF) im Programm »Sensorba-

und Plattformdesign.

gente Analysemethoden sowie selbst­

Dafür werden im Rahmen von AMELI 4.0

Zustands- und Prozessüberwachung für ein

lernende Algorithmen zur Verschleiß-,

sierte Elektroniksysteme für Anwendungen für Industrie 4.0 (SElekt I4.0)« gefördert und vom Projektträger VDI/VDE-IT GmbH betreut. Die Ver-

MEMS-Sensoren, insbesondere Körper-

breites industrielles Anwendungsfeld. Hier-

antwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung

schallsensorik und akustische MEMS-Mik-

für wird eine geeignete IT-Infrastruktur für

liegt beim Autor.

rofone, funktionsrobust als vollständig

das Datenmanagement von verteilten Daten

–– Robert Bosch GmbH

energieautarkes Multiple Degree of Free-

aus mehreren MEMS-Sensoren erarbeitet

–– Siemens AG

dom (Multi-DOF) Sensorsystem aufgesetzt.

und auf den einzelnen Sensorsystemen und

–– Hahn-Schickard Gesellschaft

Dieses wird mit kinetischen Harvestern

im Gateway implementiert.

–– Binder Elektronik GmbH –– Schaudt Mikrosa GmbH –– STAKEFORCE GmbH –– Fraunhofer IPK

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

FUTUR 1/2016

SElekt I4.0 – Sensorbasierte Elektroniksysteme für Anwendungen für Industrie 4.0

Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen 70 Prozent des Bruttoinlandsprodukts (BIP) hierzulande

Elektroniksysteme spielen in der Automatisierung der

ist es Deutschland wie kaum einem anderen Industrie-

werden mit Dienstleistungen erwirtschaftet. Zugleich

produzierenden Industrie bereits heute eine Schlüssel-

land gelungen, im globalen Wandel ein starker Produk-

rolle. Die Zukunftsvision Industrie 4.0 bietet nun die

tionsstandort zu bleiben – mit einem Viertel Anteil am

Chance, über eine intelligente Steuerung und Vernet-

BIP und 7,7 Millionen Beschäftigten in diesem Bereich.

zung die Flexibilität, die Energie- und die Ressourcenef-

Die zunehmende Verzahnung dieser Bereiche und

fizienz von Produktionsprozessen auf eine neue Stufe

der härtere Wettbewerb stellt die Wirtschaft jedoch

zu heben. Das Bundesministerium für Bildung und For-

vor große Herausforderungen. Sie betrifft aber jede

schung (BMBF) fördert deshalb Innovationen, die die

Arbeitnehmerin und jeden Arbeitnehmer. Wie lassen

Hochtechnologiekompetenz Deutschlands in der Elek-

sich angesichts von Arbeitsprozessen rund um die Uhr

tronik stärken, die Technologieführerschaft im Maschi-

familienfreundliche Arbeitszeiten sichern oder gute Wei-

nenbau erhalten, und die Attraktivität des Standorts

terbildung organisieren?

Deutschland erhöhen. Sensorbasierte Elektroniksysteme, die – eingebettet in Produktionsanlagen und Pro-

Das Forschungsprogramm »Innovationen für die Pro-

dukte – Prozessdaten in Echtzeit erfassen, verarbeiten

duktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen« des

und austauschen, machen eine vernetzte Produktion

Bundesministeriums für Bildung und Forschung verbin-

möglich und leisten so einen entscheidenden Beitrag

det diese verschiedenen Aspekte, die mit der Technisie-

zur Umsetzung der Zukunftsvision Industrie 4.0. Die

rung, Automatisierung und Digitalisierung einhergehen.

hohen Anforderungen der produzierenden Industrie

Erstmals vorgestellt hatte es Bundesministerin Johanna

an Geschwindigkeit, Vernetzungsgrad, Sicherheit und

Wanka auf einer Pressekonferenz am 8. September 2014

Zuverlässigkeit dieser Sensorsysteme erfordern dabei

im Fraunhofer IPK. Im Rahmen des Programms sollen

einen Innovationsschub, von dem langfristig auch wei-

wissenschaftliche Erkenntnisse künftig noch schneller

tere A ­ nwendungsgebiete, wie zum Beispiel der Auto-

den Weg in die Anwendung finden. Dafür sind bis 2020

mobilbau oder die Umwelttechnik, profitieren können.

insgesamt Mittel in Höhe von etwa einer Milliarde Euro vorgesehen.

Weitere Informationen:

www.bmbf.de Ein wichtiges Thema im Bereich der Produktion ist, wie im Zeitalter von Industrie 4.0 maßgeschneiderte Produkte zu den Kosten einer Massenanfertigung entstehen können. Dabei spielt der effizientere Einsatz von Energie eine entscheidende Rolle. Erste Schwerpunkte der Dienstleistungsforschung sind die Bereiche Elektromobilität und die Vernetzung von medizinischen, pflegerischen und sozialen Leistungen zur Gesundheitsversorgung. Die Forschung zur Zukunft der Arbeit zielt angesichts des Siegeszuges mobiler Geräte unter anderem darauf ab, Arbeitnehmern bessere Möglichkeiten für selbstbestimmtes Arbeiten zu geben und sie vor ständiger Erreichbarkeit und Verfügbarkeit zu schützen.

Weitere Informationen: www.produktion-dienstleistung-arbeit.de

11

12

Forschung und Entwicklung

Industrie 4.0

Informationsfabrik Industrie 4.0 Smart Data für die lebenszyklusbegleitende Informationslogistik Während auf dem Weg zu Industrie 4.0 der Fokus bislang auf der selbstorgani­ sierten Produktion lag, rückt jetzt der gesamte Lebenszyklus in das Blickfeld der Unternehmen. Denn mit der Abkehr von der produktzentrierten Entwicklung hin zur Bereitstellung von kundenspezifischen Gesamtlösungen müssen Produkt- und Service-Innovationen integriert erdacht, umgesetzt und betrieben werden. Für alle Praktiker, die erleben und erproben möchten, wie das informationsgetrieben gelingen kann, wurde die Informationsfabrik Industrie 4.0 entwickelt. Flankiert von einem Portfolio aus strategischer Beratung sowie Methoden- und Techno­ logieentwicklung setzt das Fraunhofer IPK mit seinen Kunden hier individuelle

Forschungsunddie Entwicklungsbedarfe in Lösungen um.

Trends, Digitalisierung vorantreiben:

I4.0

Intelligente virtuelle Inbetriebnahme, Absicherung und Optimierung in-the-loop

Industriekompatibel

Liv ing Digital Tw in

Industrial IT Standards

IoT & Cloudready selbst organisierend SmartData Auswertung hybrides Prototyping

Echtzeit-Konvergenz von Realität und Virtualität

Konzept der Informationsfabrik Industrie 4.0

0

Die digitale Transformation der Produktent-

►►Herausforderung Datenflut

wann welche Information in welcher Qua-

wicklung und Produktion verändert schon

Die Informationstechnik stellt heute Techno-

lität benötigt und welche Daten in Kombi-

heute die Art und Weise, wie Produkte ent-

logien bereit, um in Entwicklung, Produktion

nation neue Erkenntnisse liefern.

wickelt und betrieben werden. Während

und Anwendung Daten in einem niemals

große Konzerne ihren Wissens- und Tech-

zuvor gewesenen Ausmaß zu generieren.

nologievorsprung ausbauen, ist das Thema

So produziert eine moderne CNC-Maschine

►►Lebenszyklusbegleitende Informationslogistik

Industrie 4.0 für den deutschen Mittelstand

bereits jährlich 30 Terabyte an Daten. Die

Eine bisher nicht ganzheitlich adressierte

jedoch wenig greifbar. Das Fraunhofer IPK

Vernetzung aller Lebensbereiche im Internet

Herausforderung besteht darin, die Infor-

begleitet deshalb gemeinsam mit dem

of Things wird das immense Datenwachs-

mationslogistik von der Entwicklung bis zum

In­stitut für Werkzeugmaschinen und Fab-

tum nochmals beschleunigen. So schätzen

Produktlebenszyklusende vorzudenken und

rikbetrieb IWF der Technischen Universität

Experten, dass sich der globale Datenbe-

als integralen Bestandteil der Produktentste-

Berlin Kunden auf dem Weg zu Industrie 4.0.

stand bis zum Jahr 2020 von 8,6 auf über

hung umzusetzen. Die Fähigkeit, Informa-

40 Zettabyte fast verfünffachen wird. In

tionsflüsse entlang des Produktlebenszyk-

den dynamischen Systemen der Industrie

lus ökonomisch und technisch optimal zu

4.0 stellt sich daher die Frage, wer oder was

gestalten, abzusichern und zu steuern, ist

FUTUR 1/2016

Smart Data Technologien wie das Information-Dashboard werden an vorhandene Engineering-IT, PLM-Systeme, digitale Zwillinge und das Internet der Dinge angekoppelt.

ein Gradmesser für die erfolgreiche Umset-

stellt die Informationsfabrik eine Datenver-

mationsfabrik als Monitoring- und Steue-

zung von Industrie 4.0. Jenseits der existie-

arbeitungsarchitektur bereit, die einerseits

rungsinstanz macht die dahinter liegenden

renden methodischen und technologischen

die relevanten Datenquellen vernetzt und

komplexen technischen Prozesse transpa-

Lücken müssen weitere Faktoren berücksich-

es internen und externen Wissensträgern

rent und erlaubt es dem Nutzer direkt ein-

tigt werden. So erschweren die Koexistenz

ermöglicht, kooperativ Entscheidungen zu

zugreifen. Um diesen Kern herum ist ein

von Standards die durch die Digitalisierung

fällen. Andererseits ist die Informationsfabrik

Portfolio an praktischen Lösungen – von

getriebene geografische Egalität der Leis-

Ausgangspunkt für die nächste Evolutions-

haptischen Interfaces bis zur Cloud-Steue-

tungserbringung und neue Stakeholder die

stufe der Produktentwicklung – das infor-

rung – entstanden, die ein breites Anwen-

ganzheitliche Informationslogistikentwick-

mationsgetriebene Engineering. Denn hier

dungsspektrum abdecken.

lung. Ein Lösungskonzept muss auch berück-

fließen alle risiko-, markt- und ressourcen-

sichtigen, dass jedes Unternehmen einen

bezogenen Informationen aus dem gesam-

individuellen Migrationspfad in Richtung

ten Lebenszyklus zusammen, die es Inge-

Definition Informationsfabrik

Industrie 4.0 beschreitet.

nieuren ermöglichen, optimale Produkte

Die Informationsfabrik beschreibt die Gesamtheit

zu entwickeln. Die Informationsfabrik stei-

der notwendigen Informationssystemschichten

►►Mit der Informationsfabrik

gert somit die Effektivität und Effizienz der

(PLM, ERP, SCM, IoT, etc.) und Kompetenzen

zum Wettbewerbsvorteil

Produktentwicklung.

In Anlehnung an den klassischen Fabrikbe-

in der Betreiberumgebung der Zukunft, die mit Hilfe von strukturierten und unstrukturierten

griff erforscht und entwickelt das Fraunho-

Zur Erprobung und Anwendung von Indus-

Daten sowie Informationen und darauf auf-

fer IPK die Informationsfabrik – eine digitale

trie-4.0-Technologien wurde am Produkti-

bauenden Intelligenzen technische Systeme

Werkbank, deren Erzeugnis der Produkti-

onstechnischen Zentrum die Losgröße 1 Pro-

(mechatronisch, cybertronisch) und deren

onsfaktor Information ist. Die Informations-

duktionsdemozelle »Smarte Fabrik 4.0«

Komponenten analysieren, steuern, regeln und

fabrik setzt als Plattform ein gesamtheitli-

aufgebaut und mittels eines sogenannten

verändern kann. Betreiberumgebungen sind

ches IT-Konzept für die Unterstützung der

digitalen Zwillings über das Machine-2-

sowohl produktionstechnische Betriebe als auch

Entwicklung, Produktion und Nutzung von

Machine-Kommunikationsprotokoll OPC

Wartungs- und Instandhaltungsbetriebe sowie

cyberphysikalischen Produkten und Produk-

Unified Architecture und der Internet-of-

das Produktbetreiben im Feld.

tionsanlagen im Kontext der intelligenten

Things-Plattform »ThingWorx« an die Infor-

und selbstorganisierenden Produktion um.

mationsfabrik angebunden. Der digitale

Unter Nutzung von intelligenten Algorith-

Zwilling sorgt für eine Verschmelzung von

men stellt sie Funktionen zur Verfügung, mit

realer Produktion und digitalen Planungs-

Ihr Ansprechpartner

denen Produktentwicklungs-, Produktions-

und Simulationswerkzeugen. Änderungen,

Thomas Damerau

sowie Nutzungszustände visualisiert, analy-

ob im virtuellen oder physischen Raum, wer-

Telefon: +49 30 39006-247

siert und optimiert werden können. Damit

den bidirektional synchronisiert. Die Infor-

thomas.damerau@ipk.fraunhofer.de

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14

Forschung und Entwicklung

Industrie 4.0

Quality Science Lab Fabrik mit Qualitätsbewusstsein Industrie 4.0 prägt momentan die deutsche Industrie wie kein anderes Thema.

Mit dem Übergang zu cyber-physischen Produktionssystemen und der massen­ haften Verfügbarkeit von Prozessdaten eröffnen sich völlig neue Chancen und Möglichkeiten für die Qualitätswissenschaft. Im Quality Science Lab des IWF der TU Berlin bildet eine Demonstrationsanlage einen komplexen Produktentste­ hungsprozess im Labormaßstab ab. Ziel ist es, durch hochpräzise Sensorik sowie automatisierte und intelligente Datenanalyse eine lernende Fabrik mit Qualitäts­ bewusstsein zu schaffen. Diese optimiert eigenständig die Fertigungsqualität bei individuellen und Serienprodukten und bezieht den Kunden in alle Phasen des Produktentstehungsprozesses mit ein. Das Quality Science Lab schafft mit den entwickelten Ansätzen eine einzigartige Verbindung von Qualitätswissenschaft und Industrie 4.0.

Kundenintegration

Human-Machine Interaction Losgröße 1

Big Data

INDUSTRIE 4.0

CPS

Vertikale IT-Integration

Horizontale ITIntegration

Intelligente Q-Assistenzsysteme Eigenständiger

KVP bei CPS

Inline Messung der Losgröße 1

QUALITÄT

EchtzeitProzessparametersteuerung Lernende Produktionsprozesse

Zustandsorientierte Instandhaltung

…

CPS: Cyber-physisches System KVP: Kontinuierlicher Verbesserungsprozess

Trends der Industrie 4.0 und die Chancen für die Qualitätssicherung (CPS: Cyber-physisches System, KVP: Kontinuierlicher Verbesserungsprozess)

►►Alles ist vernetzt

rung: Schon während der Produktion kann

►►Das Quality Science Lab

Der Prozess des Wandels der klassischen

durch Echtzeitauswertung der Prozesspara-

Zum Erlernen der Design of Experiments-

Industrie zur Industrie 4.0 bezeichnet die

meter Wissen über die Qualität des entste-

Methoden wird weltweit das Katapult als

fortschreitende Vernetzung eingebetteter

henden Produktes generiert werden. Ler-

Standardinstrument in der Qualitätslehre

Systeme zur Steuerung mechatronischer

nende Algorithmen stimmen automatisiert

eingesetzt. Das Quality Science Lab greift

Komponenten, die in ihrer Komplexität

den Prozessablauf auf ein ideales Ergeb-

diesen etablierten Ansatz auf und entwi-

sogenannte cyber-physische Systeme bil-

nis ab, Abweichungen werden frühzeitig

ckelt ihn weiter, um den Wandel zur Indus-

den. Mit der zunehmenden Automatisie-

erkannt und Ausschuss minimiert. Dane-

trie 4.0 zu begleiten und zu fördern. Das

rung stehen aus jedem Regelungsprozess

ben ergeben sich über Langzeitanalysen

klassische Katapult mit seinen manuellen

hochpräzise Sensordaten zur Verfügung.

und Mustererkennung Aussagen über den

Einstellmöglichkeiten wurde zum cyber-

Zusätzlich sind alle Daten von der Maschi-

Zustand der Anlage, so dass Ausfälle durch

physischen System mit Sensorik und Akto-

nensteuerung bis hin zum Managementsys-

rechtzeitiges Eingreifen gezielt verhindert

rik ausgebaut. Das zu werfende Objekt

tem jederzeit verfügbar. Hier eröffnen sich

werden können.

wird zunächst in einer Smart Micro Factory

neue Möglichkeiten für die Qualitätssiche-

produziert. Anschließend werden automa-

FUTUR 1/2016

Das Quality Science Lab am Fachgebiet Qualitätswissenschaft

tisiert die Design of Experiment-Versuche

Während des 3D-Drucks werden alle Pro-

ligente Produkt in der Industrie 4.0. Dieses

durchgeführt. Die Anlage ist modular auf-

zessparameter wie zum Beispiel Schichtdicke,

weiß zu jedem Zeitpunkt, welche Produkti-

gebaut, transportabel und erweiterbar. In

Temperatur und Werkstoffzuführung genau-

onsschritte an seinen Komponenten vollzo-

ihrem jetzigen Ausbauzustand besteht sie

estens überwacht. Durch die Analyse dieser

gen wurden, kennt seine Qualität und kann

aus 3D-Drucker, 3D-Scanner, Gleitschleif-

Prozessparameter wird der nächste Schritt

auf Grund der Echtzeitauswertung seiner

anlage, Industrieroboter, Katapult mit Wurf-

in der Produktion bestimmt. Entsprechen

Produktionsdaten selbstregelnd in den Pro-

bett sowie Zentral- und Qualitätsmodul.

alle Parameter den vorgegebenen Sollwer-

duktionsprozess eingreifen. Die detaillierte

ten und sind keine Muster vorhanden, die

Kenntnis der Prozessdaten durch Auswer-

►►3D-Druck mit Lerneffekt

auf Fehlerbilder schließen lassen, wird das

tung der umfangreichen Sensorik bietet

Qualität fängt beim Kunden an. Bei der

Werkstück vom Kommissionierungsrobo-

einen neuen Ansatz zur Qualitätssicherung

Auftragserstellung wird der Kunde durch

ter zum Katapult transportiert. Lässt sich

in der Industrie 4.0: die Regelung der Pro-

Qualitätsassistenten unterstützt. Sie helfen

anhand der Muster auf einen fehlerhaften

zessparameter auf Grundlage der Datenaus-

ihm zum einen bei der Erstellung der mög-

Druck schließen, entscheidet die Anlage,

wertung in Echtzeit. Mit Hilfe von Machine

lichen Geometrien, zum anderen zeigen sie

ob sie den Druck in der Gleitschleifanlage

Learning-Algorithmen werden eigenstän-

das Verhältnis zwischen Arbeitszeit und ein-

nachbearbeiten kann oder ihn verwirft.

dige, kontinuierliche Verbesserungsprozesse

zuhaltender Toleranz auf. Neben dem Auf-

Ist das Ergebnis nicht eindeutig, wird im

realisiert und die Anlage optimiert ihre fle-

trag für die Produktion führt ein Assistent

Inline-Messsystem, einem nach dem Strei-

xiblen Module und das Gesamtsystem im

durch das Festlegen der mit dem gedruck-

fenlichtverfahren arbeitenden 3D-Scanner,

laufenden Betrieb selbst.

ten Objekt auszuführenden Versuchsreihe.

das Druckergebnis mit dem digitalen Modell

Die Schlüsseltechnologie des im Rahmen

verglichen. Die Anlage lernt neue Fehlerbil-

der Industrie 4.0 angestrebten Übergangs

der und erschließt Optimierungspotenziale.

zu Kleinstserien bis hin zur Losgröße 1, der

Ihr Ansprechpartner

3D-Druck, bildet den Anfang des Produkti-

►►Qualität in der Industrie 4.0

Klaus Seiffert

onsprozesses im Quality Science Lab.

Die umfassende Vernetzung aller Soft-

Telefon: +49 30 314-23565

waresysteme ist Voraussetzung für das intel-

klaus.seiffert@tu-berlin.de

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Forschung und Entwicklung

Produktion

Hybrid und roboterbasiert Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen Steigende Anforderungen an die Energieeffizienz von Kraftfahrzeugen lassen dem Leichtbau in der stark innovationsgetriebenen Automobilbranche eine große Bedeutung zukommen. Dies führt zu einem vermehrten Einsatz von Faserverbund­ werkstoffen. Für die wirtschaftliche Endbearbeitung großer Strukturbauteile aus CFK oder GFK werden flexible, aber dennoch produktive und günstige Bearbei­ tungssysteme benötigt. Robotersysteme sind für diese Anwendung grundsätzlich geeignet. Jedoch stehen dem unzureichende struktur- und steuerungungsbedingte Positions- und Wiederholgenauigkeiten des Robotergesamtsystems gegenüber. Ziel eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Verbund­ projekts ist es deshalb, eine automatisierte, hybride Bearbeitungsstrategie für das roboterunterstützte Fräsen von faserverstärkten Kunststoffen zu entwickeln.

Die Senkung der Prozesskräfte durch den Einsatz von Ultraschall im Zerspanprozess soll zu einer Verbesserung der Gesamtgenauigkeit des Robotersystems führen und damit die Bauteilkantenqualität und -formgenauigkeit steigern. Dem IWF der TU Berlin und der Beuth Hochschule für Technik stehen ein breit aufgestelltes Konsortium mit insgesamt zehn Partnern aus Forschung und Industrie für die Lösungsfindung zur Verfügung.

►►Aufbau der hybriden Roboterzelle Im Rahmen des Projekts wurde dafür eigens eine hochtechnisierte, hybride Roboterzelle für die Endbearbeitung großer Strukturbauteile mit Unterstützung des Projektpartners

3D-Modell des Referenzwerkstücks

carat robotic innovation geplant, entwickelt und aufgebaut. Daneben konnten in den

neuen Hartmetallsubstrat durch die Firma

Die Konzeptionierung und Entwicklung der

Bereichen der Werkzeugentwicklung, der

Carbon Competence sichergestellt werden.

Ultraschallaktortechnik ist bereits abge-

Beschichtungstechnologie sowie der Ultra-

Zur weiteren Verifikation der technologi-

schlossen. Derzeit finden erste Einsatztests

schallaktortechnik für die roboterbasierte

schen Untersuchungen am komplexen Bear-

bei höheren Drehzahlen bis 30.000 1/min

Bearbeitung erste Ergebnisse generiert wer-

beitungsfall wurde ein Referenzwerkstück

bei den Firmen Weber Ultrasonics und

den. Zusammen mit dem Hartmetallherstel-

in Zusammenarbeit mit Huber Kunststoff

Döinghaus Cutting And More statt. Geplant

ler G-Elit Präzisionswerkzeuge wurde ein

& Technik entwickelt, bei dem für faserver-

ist, dass das Gesamtsystem noch im Frühjahr

Hartmetallsubstratwerkstoff definiert, wel-

stärkte Strukturbauteile typische Bearbeitun-

2016 zur Verifikation und zum Einsatztest

cher für den ultraschallüberlagerten Bearbei-

gen notwendig sind, z. B. Besäumen einer

zur Verfügung steht. Auf Basis der Ultra-

tungsprozess ein geeignetes Verhältnis von

3D-Kontur und Einbringen von Bohrungen

schallaktorentwicklung wurde zudem eine

Zähigkeit zu Härte aufweist. Zudem konnte

und Langlöchern. Die Werkstückgeometrie

an den hochfrequenten Einsatzfall ange-

in Voruntersuchungen die Beschichtbarkeit

lässt den industriellen Transfer der Ergeb-

passte Werkzeuggeometrie bei dem Werk-

mit sehr dünnen, nanokompositen CVD-Dia-

nisse in ein automatisiertes Umfeld wie das

zeughersteller Hufschmied Zerspanungssys-

mantschichten und deren Haftung auf dem

der Automobilindustrie zu.

teme entwickelt. Dieses Sonderwerkzeug

FUTUR 1/2016

Hybride Roboterzelle am IWF der TU Berlin

►►Zerspanwerkzeuge im Test Schwerpunkt des weiteren Projektverlaufs ist die Untersuchung des Einsatzverhaltens wird im weiteren Projektverlauf schrittweise

beitung definiert und ein Zusammenhang

von diamantbeschichteten Zerspanwerkzeu-

weiterentwickelt und hinsichtlich einsetzba-

zur Bauteilgenauigkeit in Form von Schädi-

gen bei der Ultraschallbearbeitung von

rerer Prozessparameter untersucht.

gungsgrößen an der Bauteilkante hergestellt.

faserverstärkten Kunststoffen. Dafür wird im ersten Schritt der entwickelte Ultra-

►►Technologische Untersuchungen Zur Definition des roboterbasierten Bear-

►►Entwicklung einer Technologiedatenbank

schallaktor in Betrieb genommen und die Werkzeug- und Schichtentwicklung abge-

beitungsprozesses fanden Untersuchun-

Unter Federführung der Beuth Hochschule

schlossen. Im direkten Anschluss werden

gen mit Werkzeugen auf Basis konventio-

wird eine Technologiedatenbank zur Siche-

weitere Parameterstudien am Plattenwerk-

neller, unbeschichteter Hartmetallsubstrate

rung und nachhaltigen Nutzung der Pro-

stück durchgeführt und die dabei ermittel-

am IWF der TU Berlin statt. Die Werkzeuge

jektergebnisse entwickelt. Bereits während

ten Ergebnisse am komplexen Referenz-

zeigten im roboterbasierten Einsatz schon

des Projekts sorgt die Datenbank für die

werkstück verifiziert.

nach wenigen Schnittmetern eine starke

permanente Verfügbarkeit aktueller Unter-

Neigung zu abrasivem Verschleiß. Das ist

suchungsergebnisse und ist Grundlage für

zum einen auf die hohe Abrasivität des zer-

fundierte Entscheidungen zur weiteren

Autoren: Prof. Dr.-Ing. Tom Hühns, Gerret Christiansen, Frank Wunder

spanten Materials – Tepex®, Organoblech

Vorgehensweise. Die anwenderfreundliche

der Firma Bond-Laminates mit Matrix PA6

Visualisierung der Untersuchungsergebnisse

und 71 Prozent Glasfaseranteil in Form von

unterstützt in diesem Zusammenhang die

Geweben – zurückzuführen. Zum ande-

Entwicklung von Korrelationen im Gesamt-

ren konnte das dynamische Verhalten des

system. Nach Projektabschluss dient die

Ihre Ansprechpartner

Roboters in Form von Schwingungsneigung,

Technologiedatenbank als Wissensspeicher

Frank Wunder

verursacht durch die Wirkung von Prozess-

für die innerbetriebliche Umsetzung der

Telefon: +49 30 314-24963

kräften von bis zu 300 N, als verschleißstei-

Ergebnisse und – durch ihre offene Struk-

frank.wunder@iwf.tu-berlin.de

gernde Größe erkannt werden. Auf Basis

tur – als erweiterbare Basis für Folgevorha-

Prof. Dr.-Ing. Tom Hühns

dieser Vorversuche wurde ein Prozesspara-

ben im Gesamtkonsortium.

Telefon: +49 30 4504-5141

meterfeld für die anstehende hybride Bear-

tom.huehns@beuth-hochschule.de

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18

Forschung und Entwicklung

Produktion

Schicht für Schicht Auftragschweißen dreidimensionaler Körper Die Anwendung der additiven Fertigung nimmt stark zu. Eine neue Designfreiheit erlaubt es hier den Konstrukteurinnen und Konstrukteuren, die Bauteilfunktion in den Vordergrund der Entwicklungen zu stellen. Leichtbaustrukturen sowie Funktionsintegration machen es möglich, vormals Bauteile aus vielen Einzelkom­ ponenten jetzt in einem einzigen Bauteil zu vereinigen. Experten am Fraunhofer IPK qualifizieren das Laser-Pulver-Auftragschweißen für die additive Fertigung und legen dabei besonderen Wert auf die Automatisierung des Verfahrens.

rameter Laserleistung, Spotdurchmesser,

►►Strategien für den Materialaufbau

mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen

Vorschubgeschwindigkeit und Pulvermas-

Aufgrund der mehrfachen Überlagerung

erstrecken sich von MRO-Prozessen zur

senstrom auf die entstehende Größe und

summieren sich bereits leichte Unregelmä-

Die Einsatzgebiete der additiven Fertigung

Reparatur von Bauteilen bis hin zur Neu-

Form einer Spur. Höhe und Breite können

ßigkeiten innerhalb einer Schicht mit der

teilfertigung, dem sogenannten 3D-Druck.

damit unabhängig voneinander eingestellt

Zeit zu starken Bauteilabweichungen auf. In

Die Herstellung von Volumenkörpern erfolgt

werden. Diese Erkenntnisse ermöglichen

verschiedenen Forschungsprojekten werden

hierbei durch einen schichtweisen Aufbau.

die Wahl idealer Parameterkombinationen

aus diesem Grund Aufbaustrategien ent-

Die zu fertigende Geometrie liegt dafür als

für einen hohen Materialauftrag bei einem

wickelt, um einen konstanten Bauprozess

CAD-Datensatz vor und wird im Pre-Pro-

gleichzeitig endformnahen Aufbau von Kör-

zu erreichen. Hierbei konnten verschiedene

cessing-Schritt, dem »Slicing«, in Einzella-

pern. Das beschleunigt den Bauprozess und

Bereiche mit unterschiedlich hohen Material­

gen aufgeteilt. Diese Einzellagen setzen sich

minimiert die abschließende Nachbearbei-

aufträgen identifiziert und entsprechende

wiederum aus separaten Spuren zusammen.

tung. Vor allem im Bereich schwer zu bear-

Baureihenfolgen erfolgreich entworfen wer-

beitender Werkstoffe wie der Nickelbasisle-

den. Besondere Herausforderungen ergeben

Die Forschungsarbeiten am Fraunhofer IPK

gierung Inconel 718 hilft das, den Zeit- und

sich dabei in der Übertragbarkeit dieser Stra-

zeigen den Zusammenhang der Prozesspa-

Kostenaufwand zu verringern.

tegien auf andere Werkstoffe, Parameterkombinationen sowie Körpergeometrien, da

Zylindrische Bauteile unter Einsatz kontinuierlicher Baustrategien

im Regelfall leichte Anpassungen zur Erreichung konstanter Fertigungsergebnisse notwendig werden. Dafür sind eine schrittweise Weiterentwicklung der Aufbaustrategien sowie ein großes Erfahrungswissen des Bedieners notwendig, um schnellstmöglich optimale Ergebnisse zu erreichen. Am Beispiel einer zylinderförmigen Probengeometrie konnten diese Übertragbarkeit und die erforderliche Weiterentwicklung für den Stahlwerkstoff 316L und die Titanlegierung Ti-6Al-4V demonstriert werden. Dabei müssen Formabweichungen derzeit noch durch den Anlagenbediener manuell identifiziert und ausgeglichen werden.

FUTUR 1/2016

►►Automatisierte Bauteilfertigung Aus diesem Grund forschen die Wissenschaftler des Fraunhofer IPK an einer Erweiterung der Systemfunktionen, um dieses notwendige Prozesswissen auf die Anlage zu übertragen. Dies hilft die Hürden beim Einsatz der additiven Fertigung zu senken und Neuanwendern den Einstieg zu erleichtern. Dazu wird in einem ersten Schritt die Maschine mit Sensoren ausgestattet, um Bauteilzustände wie Temperatur und Körpergeometrie zu erfassen. Das Aufbauverhalten unterschiedlicher Parameterkombinationen wird aufgenommen und digital abgespeichert. Diese stetige Überwachung ermöglicht es mit jeder Bauteilerzeugung weitere Erkenntnisse zu gewinnen und so den Fertigungsprozess besser zu verstehen.

Das dadurch gewonnene Wissen fließt in die Weiterentwicklung der am Institut vorhandenen Simulationswerkzeuge ein und lässt Vorhersagen über den schichtweisen Aufbau zu. Auftretende Formabweichungen sollen zukünftig durch die Maschine selbständig erkannt und durch den Zugriff auf gespeicherte Daten zum Materialauftrag ausgeglichen werden. Durch die Einbindung in cloudbasierte Datenbanksysteme wird es möglich, dieses Wissen maschinenübergreifend zu erfassen und bereitzustellen.

Neben einer automatisierten Bauteilfertigung erlaubt es die kontinuierliche Überwachung, ein Protokoll über den Fertigungsprozess zu erzeugen. Somit bietet sich gleichzeitig die Möglichkeit, jedem hergestellten Bauteil qualitätssichernde Zeugnisse beizulegen. Unregelmäßigkeiten im Bauprozess werden automatisch erkannt und lassen gezielte Untersuchungen zu Fehlstellen in diesen Bereichen zu.

Additive Fertigung eines Brenners aus Inconel 718

Ihr Ansprechpartner Torsten Petrat Telefon: +49 30 39006-375 torsten.petrat@ipk.fraunhofer.de

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20

Forschung und Entwicklung

Medical Systems Engineering

Innovation mit Methode Medical Systems Engineering Falsche Innovationsentscheidungen oder träge FuE-Fortschritte führen zu deutli­

mobile Endgeräte selten im chirurgischen

chen Wettbewerbsnachteilen. Das trifft besonders auf die Medizintechnikbranche

Umfeld. Dabei eignen sich vor allem Tab-

zu. Hersteller müssen hier nicht nur hohe Qualitäts-, Ergebnis- und Zeitvorgaben

lets sehr gut dafür, klinische Anwendun-

ihrer Kunden erfüllen, sondern auch den strengen gesetzlichen und administra­

gen mobil verfügbar zu machen. Allerdings

tiven Anforderungen an Medizinprodukte Rechnung tragen. Ein effizientes und

müssen dafür existierende Visualisierungs-

strukturiertes Vorgehen bei der Entwicklung neuer Medizinprodukte ist hier

programme bezüglich ihrer Bedienung und

ausschlaggebend für deren späteren Erfolg am Markt. Das Fraunhofer IPK hat

Darstellung den Gegebenheiten eines Tab-

deshalb ein methodengestütztes Engineering als Grundlage für eine systemati­

lets, z. B. Toucheingabe und kleineres Dis-

sche Forschung und Entwicklung bis hin zum marktfähigen Produkt entwickelt

play, angepasst werden.

und unterstützt damit seine Partner proaktiv bei der Gestaltung anforderungs­ gerechter Medizinsysteme.

Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Visualisierung medizinischer 3D-Bilddaten.

Dazu wurde eine Softwarearchitektur ent-

Das methodengestützte Engineering wurde

entwickelte Modell der medizintechnikspe-

worfen, die eine vom Betriebssystem – egal

am Fraunhofer IPK in Kooperation mit der

zifischen Qualitätsziele trägt dazu bei, die

ob Android, iOS oder Windows – unabhän-

Charité – Universitätsmedizin Berlin speziell

Zulassungs-, Qualitäts- und Zeitanforderun-

gige Visualisierung ermöglicht. Die Visuali-

für die Medizintechnik entwickelt. Es wird

gen einzuhalten. Neue Systemkonzepte für

sierung basiert auf verbreiteten Standards

derzeit hauptsächlich für die hochkomple-

die mobile 3D-Visualisierung, die 3D-Rönt-

und wird deshalb von den meisten Gerä-

xen Technologiefelder medizinische Bild-

genbildgebung und die visuelle Navigation

ten unterstützt und identisch dargestellt.

gebung, Software für die Klinik, optische

belegen den Erfolg der Fraunhofer Enginee-

Aufbauend auf dieser Architektur wurde

Medizinsysteme und Mechatronik für die

ring Methode.

eine Visualisierungs-App für Windows und

Medizin eingesetzt. Das effiziente und struk-

iOS implementiert und von Chirurgen der

turierte Vorgehen stellt sicher, dass sich die

►►Tablet statt Monitor

Charité – Universitätsmedizin Berlin getes-

Produktreife immer analog zum zeitlichen

Im Projekt »Suit« untersuchen Experten des

tet. Erste Ergebnisse zeigen, dass Ärzte die

Projektfortschritt bewegt. Durch ein agiles

Fraunhofer IPK, welche Möglichkeiten sich

Bedienung der Programme mit einem Tab-

Anforderungsmanagement werden außer-

Chirurgen bereits heute durch die Nutzung

let wesentlich ergonomischer und einfa-

dem frühzeitig die Geschäftsrandbedingun-

von Tablets bieten. Obwohl nicht mehr aus

cher empfinden als mit den bisher üblichen

gen des Partners berücksichtigt. Das eigens

unserem Alltag wegzudenken, finden sich

Desktop-Rechnern.

Eine App bringt 3D-Bilddaten auf das Tablet.

►►3D-Rekonstruktion in neuer Geschwindigkeit Die 3D-Röntgenbildgebung ermöglicht die räumliche Abbildung vom Inneren eines Objekts, ohne dieses mechanisch zu verändern. Der Anwendungsbereich reicht von der Diagnostik in der Human- und Tiermedizin bis hin zur zerstörungsfreien Materialprüfung in der industriellen Messtechnik.

Während der Bildaufnahme wird das zu untersuchende Objekt aus verschiedenen Richtungen durchleuchtet und eine Vielzahl an Röntgenbildern aufgenommen. Um aus diesen 2D-Bilddaten ein Volumen zu berechnen, werden Rekonstruktionsverfahren wie EVORA benötigt.

FUTUR 1/2016

3D-Rekonstruktion mit EVORA

►►Visuelle Navigation

Im Vergleich zu konventionellen Navigati-

3D-Rekonstruktionsverfahren, das einfach

Die Visuelle Navigation (VINA) ist ein neu-

onssystemen hat VINA den Vorteil einer sig-

in bestehende Anwendungen eingebunden

artiges bildbasiertes Verfahren für die navi-

nifikant einfacheren Handhabung. Die auto-

werden kann. Die zur 3D-Rekonstruktion

giert Chirurgie, bei dem ein eigens entwi-

matische Registrierung mit präoperativen

verwendeten Algorithmen werden auf der

ckeltes Miniaturkamerasystem in gängige

Patientendaten minimiert die Vorbereitungs-

Grafikkarte ausgeführt. Grafikkarten sind

Operations­instrumente integriert wird.

zeit für einen operativen Eingriff. Zudem

sehr leistungsstark, sodass sich die Berech-

Anhand der kontinuierlich verarbeiteten

wird die Line-of-Sight-Problematik optischer

EVORA ist ein hardwarebeschleunigtes

nungsdauer deutlich verkürzt. Sobald das

Videobilder wird damit eine 3D-Landkarte

und die elektromagnetische Störanfälligkeit

erste Röntgenbild aufgenommen wurde,

des Operationsgebietes generiert. Zeitgleich

elektromagnetischer Navigationssysteme

wird es für die 3D-Rekonstruktion verwen-

bestimmen modernste Algorithmen aus

umgangen. VINA könnte so der klinischen

det. Auf diese Weise steht das rekonstruierte

Robotik und Computer Vision die Lage des

Navigation zu einem flächendeckenden

Visuelle Navigation

Volumen bereits kurz nach Abschluss der

Instruments in der 3D-Karte. Anschließend

Durchbruch verhelfen und die Patientensi-

Bildaufnahme zur Verfügung. Um eine hohe

wird die 3D-Karte auf den vorhandenen CT-

cherheit im OP erhöhen. Eine größere

Darstellungsqualität zu erreichen, können

Datensatz des Patienten gelegt, woraus sich

Anzahl schonender minimal-invasiver Ein-

sowohl die 2D-Bilddaten als auch das rekon-

schließlich die genaue Position und Orien-

griffe würde außerdem kürzere Genesungs-

struierte Volumen vor- und nachverarbei-

tierung des Instruments im Patientenvolu-

zeiten und stationäre Aufenthalte und damit

tet werden. Dazu zählt beispielsweise eine

men errechnet. Die Technologie ist durch die

eine Senkung der Kosten im Gesundheits-

automatische Unterdrückung von Bildstö-

minimalen Hardwareanforderungen univer-

wesen mit sich bringen.

rungen oder das Hervorheben feiner Struk-

sell und flexibel für jedes chirurgische Instru-

turen. Auf diese Weise wird der Anwender

ment oder OP-Equipment einsetzbar.

optimal bei der Auswertung der rekonstru-

Ihr Ansprechpartner

ierten Volumen unterstützt.

Sebastian Engel Telefon: +49 30 39006-236 sebastian.engel@ipk.fraunhofer.de

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Interview

Smarte Werkstatt Fertigungsanlagen in der Großserienherstellung sind derzeit überwiegend auf spezifische Bauteile ausgelegt und oft mit starrer Verkettung realisiert. Wegen des zunehmenden Variantenreichtums der Produkte stoßen solche linienori­ entierten Produktionssysteme jedoch an ihre Grenzen – vor allem hinsichtlich Reaktionsfähigkeit, Auslastung und Liefertreue. Im Projekt »iWePro – Intelligente Kooperation und Vernetzung für die Werkstattfertigung« entwerfen Partner aus Wissenschaft und Industrie deshalb innovative Produktionskonzepte für eine flexible, smarte Werkstattfertigung mit dezentraler Fertigungssteuerung. Dr.-Ing. Benjamin Kuhrke, Projektingenieur bei der Adam Opel AG für das Technologie­ feld »Smart Factory«, erklärt im Interview, warum der Automobilhersteller mit von der Partie ist.

FUTUR: Opel geht mit dem Projekt

zu einem erhöhten Steuerungs- und damit

repräsentierende Agent bei den Agenten der

iWePro in der Getriebefertigung weg von

auch Kommunikationsaufwand der beteilig-

Maschinen an der nächsten Bearbeitungs-

der Linie. Warum streben Sie hier eine Werk-

ten Akteure kommen.

station an, wer die entsprechende Bearbei-

stattfertigung an, die ja erst einmal nach Old School, statt Industrie 4.0 klingt?

Benjamin Kuhrke: Der Wunsch nach Indi-

tung vornehmen kann. Die MaschinenagenFUTUR: In diesem Zusammenhang ist

ten liefern unter anderem Verfügbarkeit und

immer wieder von Agentensystemen die

Kosten zurück. Auf dieser Basis wird dem

Rede. Was hat es damit auf sich?

vidualisierung in der Gesellschaft führt

Mitarbeiter, der die Bearbeitung steuert, eine Palette an Möglichkeiten angeboten,

auch zum Trend der Individualisierung auf

Kuhrke: Etablierte zentrale Steuerungs-

wann und an welcher Maschine der nächste

Produktebene. Dieser Trend äußert sich in

systeme kommen bei einer flexiblen Werk-

Bearbeitungsschritt zu welchen Bedingun-

einer höheren Produkt- und Variantenvielfalt.

stattfertigung an ihre Grenzen. Deswegen

gen erfolgen kann. So können schnell und

Dies gilt im Fahrzeugbau auch für einzelne

gewinnen dezentrale Ansätze immer mehr

effizient Entscheidungen getroffen werden.

Komponenten wie Getriebe, ihre Einzelteile

an Bedeutung. Sie sind in der Lage, lokal

sowie ihre zahlreichen Varianten. Für die Fer-

und simultan mehrere Entscheidungen

FUTUR: Sie gehen aber noch einen Schritt

tigung bedeutet dies steigende Anforderun-

schnell zu treffen. Ein dezentraler Lösungs-

weiter und kombinieren dezentrale und zen-

gen an die Flexibilität und eine Erhöhung

ansatz ist zum Beispiel die Verwendung von

trale Elemente – warum?

der Komplexität.

Agentensystemen, bei dem alle Akteure in der Fertigung durch einen Softwareagen-

Kuhrke: Weil auch dezentrale Agentensys-

Die klassische Fertigungslinie, wie sie Opel

ten repräsentiert werden. Akteure im Sinne

teme ihre Grenzen haben: Ihnen stehen nur

in der Herstellung von Getrieben bisher ein-

von Industrie 4.0 sind jetzt nicht mehr nur

eingeschränkt Informationen zur Verfügung.

gesetzt hat, stößt aufgrund der erhöhten

Mitarbeiter und Maschinen, sondern auch

Dadurch kann nur lokal effektiv entschieden

Anforderungen zunehmend an ihre Grenzen.

die Aufträge, die sich selbständig durch die

werden, was wann wie bearbeitet werden

Deshalb verfolgen wir zukünftig Ansätze

Fertigung steuern.

aufbauend auf dem Prinzip der Werkstattfertigung, mit denen sich eine Erhöhung

soll. Das wiederum kann zu einem nicht optimalen Gesamtergebnis führen.

FUTUR: Wie genau funktioniert das?

der Flexibilität erzielen lässt. Hier ist der

Deshalb haben wir uns entschieden, im Pro-

Produktions- und Materialfluss nicht mehr

Kuhrke: Jeder Fertigungsauftrag und jede

jekt iWePro einen gemischten Ansatz aus

durch eine automatisierte, feste Verkettung

Ressource – also Maschinen, Mitarbeiter,

zentraler Planung und dezentralem Agen-

eingeschränkt. Bei der Werkstattfertigung

Werkzeuge, etc. – werden durch einen

tensystem zu untersuchen. Die Agenten

kann nach jedem Produktionsschritt neu

Agenten repräsentiert. Die Agenten kommu-

übernehmen Steuerungsentscheidungen

entschieden werden, auf welcher Produkti-

nizieren und verhandeln miteinander. Steht

in definierten Produktionsbereichen oder

onseinheit die Weiterbearbeitung stattfin-

etwa ein Arbeitsschritt eines Auftrags kurz

temporär bei Störungen. In allen anderen

det. Damit wird es zukünftig unweigerlich

vor dem Abschluss, fragt der die Werkstücke

Fällen kommt das zentrale Planungssystem

FUTUR 1/2016

zum Einsatz. Die Fertigung wird also zwar

Kuhrke: Um die technischen Voraussetzun-

wie bisher von der Leitungsebene vorge-

gen für eine solche intelligente und selbst­

plant, denn nur eine zentrale Optimierung

organisierende Fertigung zu entwickeln, ist

hat ein Gesamtoptimum im Fokus. Gleich-

ein kompetentes Forschungskonsortium

zeitig werden aber die Mitarbeiter auf dem

unerlässlich. Neben Opel als Automobil-

Shop Floor in die Lage versetzt, den geplan-

hersteller gehören DMG Mori als Maschi-

ten Ablauf aktiv zu beeinflussen, etwa um

nenhersteller, Safelog als Entwickler von

die Einhaltung von Terminen sicherzustellen.

Logistiksystemen, flexis als Partner für Pla-

FUTUR: Sie räumen also dem Mensch wei-

gung, TAGnology als Gesamtlösungsanbie-

terhin eine wichtige Rolle in Ihrer künftigen

ter für Industrie-4.0-Anwendungen für die

Werkstattfertigung ein?

Middleware und SimPlan als Software-Part-

nungslösungen für die variantenreiche FertiZur Person

ner für Fabrik-Simulationen dazu. Das Sozio-

Nach seinem Studium zum Wirtschaftsinge-

Kuhrke: Richtig, der Mensch wird auch in

logische Forschungsinstitut Göttingen (SOFI)

nieur Maschinenbau an der Technischen Univer-

solchen intelligenten Systemen eine zentrale

sowie das Fraunhofer IPK als Forschungs-

sität Darmstadt hat Benjamin Kuhrke wiederum

Rolle spielen. Die Aufgaben der Beschäftig-

partner für effizientes Prozess- und Produk-

an der TU Darmstadt seine Promotion zum

ten in der Produktion werden sich aber ver-

tionsmanagement ergänzen das Team.

ändern. Fach- und Methodenkompetenzen

Dr.-Ing. im Bereich der Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen abgeschlossen. Seit 2011

in komplexen cyber-physischen Produkti-

Für uns als Anwender ist die Absicherung

ist er bei Opel in der Fertigungstechnologie­

onssystemen werden bedeutsamer. Der

von Investititonsentscheidungen zur Umset-

vorausentwicklung tätig und arbeitet dort

Umgang mit modernen Informations- und

zung der smarten Werkstattfertigung uner-

im Technologiefeld »Smart Factory«. Kuhrke

Kommunikationsmitteln wird dabei immer

lässlich. Wir prüfen, ob diese tatsächlich bes-

koordiniert das Energiemanagement in der

wichtiger. Deshalb entstehen mit iWePro

sere Ergebnisse liefert als die technisch sehr

Fertigungsplanung und leitet für Opel das

auch neue digitale Informations- und Inter-

ausgefeilte klassische Linien­fertigung. Dazu

BMBF-Projekt zur intelligenten, selbstorganisierenden Werkstattproduktion, kurz iWePro.

aktionsmöglichkeiten, die es ermöglichen,

entsteht in iWePro eine aufwändige Simu-

das Know-how der Mitarbeiter und deren

lationssoftware, mit deren Hilfe wir durch-

Beurteilung der aktuellen Situation mit in die

spielen können, welche Kombination aus

Steuerungsentscheidungen einzubeziehen.

zentraler Planung und dezentraler Umplanung für welchen Anwendungsfall geeignet

Kontakt

FUTUR: Weshalb haben Sie sich für eine

ist. Darüber hinaus wird ein Demonstrator

Dr.-Ing. KontaktBenjamin Kuhrke

Zusammenarbeit in einem Verbundfor-

entwickelt, mit dem die Art und Weise der

benjamin.kuhrke@opel.de Wolfgang Emert

schungsprojekt entschieden?

Informationsbereitstellung für Mitarbeiter

Tel.:www.opel.com +49 6161-9307-53

auf dem Shop Floor evaluiert werden kann.

E-Mail: w.emert@zk-system.com

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24

Firmenporträt

Softwarelösungen für die Fertigungsindustrie Seit mehr als 15 Jahren ist die flexis AG bewährter Lösungslieferant und kompe­ tenter Ansprechpartner für die Fertigungsindustrie. An Standorten in Deutschland, Japan, China, Kanada und den USA realisiert flexis kundenorientierte Planungsund Supply-Chain-Management-Software.

Dabei verfolgt flexis einen zeit- und kosten-

Die flexis AG sorgt von der strategischen

Die flexis AG setzt bei der Konzeption ihrer

sparenden Standardisierungsansatz auf ver-

Planung über die Platzbuchung und die

Basis-Technologie seit langem auf die In-

schiedenen Ebenen: Auf Basis von standardi-

Sequenzierung bis zur Austaktung am Band

Memory-Technologie, deren Einsatz sich

sierten Technologien, Produkten, Modulen

für mehr Effizienz und Transparenz. flexis

überall dort anbietet, wo die Performance

und Submodulen werden kundenindividu-

unterstützt die Planung und Steuerung von

im Mittelpunkt steht. Sie ermöglicht eine

elle Lösungen entwickelt, die sowohl einen

komplexen Produktionsprozessen und deren

Speicherung großer und komplexer Daten-

schlanken Kundenauftragsprozess als auch

Versorgung nach dem Pull-Prinzip. Zudem

mengen und deren Verwendung bei deut-

eine durchgängige und integrierte Ver-

erlaubt das Portfolio der flexis AG die pla-

lich erhöhter Geschwindigkeit und ohne

triebs- und Produktionsprogrammplanung

nerische Kopplung von unterschiedlichen

Qualitätsverlust – so sind planerische What-

ermöglichen.

Fertigungsphilosophien – beispielsweise die

if-Szenarien schnell und effizient zu validie-

integrative Optimierung der Sequenz für

ren, inklusive Stücklistenauflösung und Bau-

das Endmontageband und des Job-Shop-

barkeitsanalyse. Die Optimierungsläufe in

Schedulings für die vorgelagerten Bereiche.

flexis-Lösungen sind deutlich schneller und

Basis der flexis-Lösungen ist ein integrier-

die Berechnungszeiten kürzer als erwartet.

Kontakt

tes Modul zum Bedarfs-Kapazitäts-Abgleich,

Weltweit profitieren Kunden zudem von der

flexis AG

das sicherstellt, dass jedes Optimierungser-

umfassenden Implementierungserfahrung,

Schockenriedstraße 46

gebnis auch tatsächlich kapazitiv baubar ist

dem referenzierbaren Nutzen der bewähr-

70565 Stuttgart

und die benötigten Teile und Ressourcen am

ten Lösungen sowie dem umfassenden Pro-

Telefon: +49 711 7823800

Bedarfszeitpunkt verfügbar sind.

zess-Know-how der flexis AG.

info@flexis.de www.flexis.com

Ereignisse und Termine

FUTUR 1/2016

Fraunhofer-Gründerpreis für Scopis Am 3. Februar 2016 erhielt die Scopis GmbH den mit 5.000 Euro dotierten Fraunhofer-Gründerpreis, den Fraunhofer Venture gemeinsam mit dem High-Tech Gründerfonds ins Leben gerufen hat. Der Preis ehrt den aktuellen Erfolg und die überragende Entwicklung des Fraunhofer Spin-offs am internationalen Medizintechnikmarkt. Mit ihren chirurgischen Navigationssystemen für die minimal-invasive Chirurgie ist die Scopis GmbH mittlerweile in den Fachbereichen HNO-, MKG-, Neuro- und Wirbelsäulen­chirurgie in über 50 Ländern aktiv.

Der Fraunhofer-Gründerpreis entstand im Rahmen der neuen Ausgründungs- und Beteiligungsstrategie der Fraunhofer-Gesellschaft.

Er zeichnet ein am Markt aktives und erfolgreiches Spin-off aus, dessen Produkte und Dienstleistungen einen unmittelbaren Nutzen für die Gesellschaft aufweisen. »Gemeinsam mit dem High-Tech Gründerfonds möchten wir Ausgründungsprojekte innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft fördern und herausragende Gründeraktivitäten honorieren«, erklärt Thomas Doppelberger, Leiter von Fraun-

Im Rahmen des Fraunhofer-Symposiums »Netzwert« überreichten Prof. Dr. Alfred Gossner, Vorstandsmitglied der Fraunhofer-Gesellschaft (li.), sowie der Geschäftsführer des High-Tech Gründerfonds, Dr. Alex von Frankenberg (re.), den mit 5.000 Euro dotierten Fraunhofer-Gründerpreis an Scopis-Geschäftsführer Bartosz Kosmecki (m.) (© Fraunhofer Venture).

hofer Venture, die Ziele des neuen Gründerpreises.

Die Scopis GmbH ging 2010 aus dem Berliner Zentrum für Mecha-

»Wir freuen uns sehr, gemeinsam mit Fraunhofer Venture, den

tronische Medizintechnik BZMM, einer Kooperation des Fraunho-

Fraunhofer-Instituten sowie den Forscherinnen und Forschern aus

fer IPK und der Charité – Universitätsmedizin Berlin, hervor. Das

weltweit führenden Technologien sehr erfolgreiche Unternehmen

Medizintechnik-Unternehmen entwickelt und vertreibt endosko-

aufbauen zu können«, erläutert Dr. Alex von Frankenberg die Ent-

pische und mikroskopische Navigationssysteme zum Einsatz in

scheidung für das Medizintechnik-Unternehmen. Prof. Eckart Uhl-

der minimal-invasiven Chirurgie. Mit der »Scopis Target Guided

mann, Institutsleiter des Fraunhofer IPK, freut sich besonders für

Surgery«-Technologie kann der Chirurg bereits vor der Operation

die Ausgründung aus seinem Institut: »Mit der Entwicklung neuer

das Ziel und einen Pfad festlegen, dem er während des Eingriffs

Produkte sowie der Sicherung der Innovationen durch eine starke

folgt. Ein akustisches Signal warnt ihn, sobald er vom geplanten Pfad

IP-Strategie hat die Scopis GmbH das anfängliche Anwendungsfeld

abweicht. Dabei visualisiert eine neue Augmented Reality-Funktion

der HNO-Chirurgie um MKG-, Neuro- und Wirbelsäulenchirurgie

Planung und Zielführung. So kann der operierende Arzt erkranktes

erweitert und strebt damit eine noch größere Marktdurchdringung

Gewebe zielsicher finden und entfernen, ohne Nerven und andere

an. Diese herausragenden wissenschaftlichen und unternehmeri-

kritische Strukturen zu verletzen. Die Operation kann schonender

schen Aktivitäten möchte die Fraunhofer-Gesellschaft mit dem

durchgeführt und der Heilungsprozess damit beschleunigt werden.

Gründerpreis honorieren.«

Und auch für die Ausbildung neuer Chirurgen bedeutet das Navigationssystem eine erhebliche Erleichterung.

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

»Einer der wichtigsten Erfolgsfaktoren für die Scopis war die Gewin-

Telefon: +49 30 39006-100

nung der Fraunhofer-Gesellschaft und der Charité – Universitätsme-

eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de

dizin Berlin als Gesellschafter. Dies ermöglichte uns die Lizenzierung der einzigartigen und innovativen Technologien, die wir weiterentwickelt und in neuartigen intradisziplinären Produkten integriert haben«, erklärt Bartosz Kosmecki, Gründer und Geschäftsführer der Scopis GmbH.

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26

Ereignisse und Termine

Für einen innovativen Mittelstand Bundesforschungsministerin Johanna Wanka präsentiert 10-Punkte-Programm im PTZ Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) stellt seine Förderpolitik für mehr Innovationen bei kleinen und mittleren Unternehmen in Deutschland neu auf. Mit dem Zehn-Punkte-Programm »Vorfahrt für den Mittelstand« wird das BMBF neue Ideen, Anwendungsmöglichkeiten und Geschäftsmodelle fördern und eine weite Verbreitung von Forschungsergebnissen und Modelllösungen unter den kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) vorantreiben. »Unser Ziel ist es, auch Unternehmen zu eigenen Innovationsanstrengungen zu ermuntern, die hier bisher wenig aktiv waren. Um auch in Zukunft international vorne mitzuspielen, müssen wir die Basis im Mittelstand verbreitern, die aktiv an Zukunftslösungen forscht«, sagte Bundesforschungsministerin Johanna Wanka bei der Vorstellung des Zehn-Punkte-Programms am 13. Januar 2016 im Produktionstechnischen Zentrum Berlin.

Innovationen live gab es im Anschluss an die Pressekonferenz im Versuchsfeld des PTZ.

Das BMBF setzt dabei auf die Hebelwirkungen von Netzwerken,

Dynamik der Schlüsselbereiche Digitalisierung, Gesundes Leben und

niedrigschwelligen Angeboten und Schlüsseltechnologien. So zielt

Nachhaltiges Wirtschaften. Das BMBF wird mit dem Zehn-Punkte-

das Programm darauf, kleine und mittlere Unternehmen in die rich-

Programm bis einschließlich 2017 auch seine Förderung für KMU

tigen Partnerschaften zu bringen – etwa mit Hochschulen in ihrer

um 30 Prozent auf rund 320 Millionen Euro pro Jahr erhöhen.

Region oder außeruniversitären Forschungseinrichtungen. Gleichzeitig wird der Zugang zu Förderangeboten erleichtert, um sie auch für

Ihr Ansprechpartner

diejenigen attraktiv zu machen, die keine Profis im Fördergeschäft

Steffen Pospischil

sind. Ein besonderer Fokus liegt zudem auf der Fachkräftesicherung

Telefon: +49 30 39006-140

für den Mittelstand und einer stärkeren Einbindung der KMU in die

steffen.pospischil@ipk.­fraunhofer.de

Anfassen und Ausprobieren Lange Nacht der Wissenschaften Am 11. Juni 2016 ist es wieder so weit: Das PTZ lädt Besucherinnen und Besucher der Langen Nacht der Wissenschaften ein, sich auf eine Reise in die Fabrik der Zukunft zu begeben. Wir zeigen an fünf Exponaten, wie flexible Produktion mit Durchblick im Kontext von Industrie 4.0 funktioniert, erklären im Quality Science Lab, auf welche Weise sich der Beruf des Qualitätsmanagers in Zukunft verändern wird und beweisen in der Smart Factory, dass man mit einem »Digital Twin« Maschinen von fern steuern kann. Fast jede der insgesamt 15 Stationen lädt große und kleine Gäste zum Mitmachen und Experimentieren ein. Wer also schon immer mal mit Kasperle in eine Spielzeugfabrik wollte oder wissen möchte, wie Kickerfiguren auf den Tisch kommen, hat dazu bis Mitternacht Gelegenheit.

Ihr Ansprechpartner Steffen Pospischil Telefon: +49 30 39006-140

Weitere Informationen:

www.ipk.­fraunhofer.de

steffen.pospischil@ipk.­fraunhofer.de

FUTUR 1/2016

Digitale Vernetzung Leistungszentrum »Digitale Vernetzung« in der Gründungsphase

Senatorin Cornelia Yzer und FOKUS-Instituts­ leiter Prof. Dr. Manfred Hauswirth unterzeichnen die Gründungsvereinbarung (© Fraunhofer FOKUS)

Am Dienstag, den 26. Januar 2016, unterzeichneten die Senatorin

Das Anliegen der Partner ist die Bündelung ihrer Kompetenzen in

für Wirtschaft, Technologie und Forschung des Landes Berlin, Cor-

den Bereichen IKT, Datenverarbeitung und -aufbereitung, Entwick-

nelia Yzer und der Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Offene

lung und Bereitstellung elektronischer Systeme sowie Produktion

Kommunikationssysteme, Prof. Dr. Manfred Hauswirth, die Verein-

und Mikroelektronik. Es geht vor allem darum, Synergieeffekte zwi-

barung zur Gründung des Leistungszentrums Digitale Vernetzung.

schen diesen Bereichen zu nutzen und die gesamte technologische

»Wir danken der Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie

Kette der Digitalen Vernetzung abzudecken. Dabei ist Berlin mit

und Forschung für das Commitment und die Unterstützung bei der

seinem Portfolio aus Fraunhofer-Instituten, weiteren renommierten

Gründung des Leistungszentrums. Wir sind optimistisch, dass sich

Forschungseinrichtungen, Universitäten, Unternehmen und seiner

der Start des Leistungszentrums zeitnah finalisieren lässt«, sagte

spannenden Start-Up-Szene ein idealer Standort. Diesen will das

Manfred Hauswirth anlässlich der Unterzeichnung bei Fraunhofer

Zentrum nutzen, um die Digitale Vernetzung nicht nur deutsch-

FOKUS. Senatorin Yzer sicherte nicht nur sechs Millionen Euro För-

landweit, sondern auch international voranzutreiben und Berlin als

dermittel zu, sondern versprach auch ihre persönliche Unterstüt-

Leuchtturm für die nächste Welle der Digitalisierung zu positionieren.

zung, um das Leistungszentrum zum Erfolg zu machen: »Dieses Leistungszentrum soll und wird die Digitalisierung für die Industrie

Für Industriepartner besteht die Möglichkeit, im Rahmen von For-

genauso wie für den Mittelständler mit seinen Lösungen ermögli-

schungsprojekten mit den beteiligten Fraunhofer-Instituten zu koope-

chen. Mit dem neu geschaffenen Zentrum hat Berlin die allerbesten

rieren. Der Vorteil liegt in der Nutzung der vorhandenen technolo-

Voraussetzungen, zu einem internationalen Leuchtturm der digita-

gischen Infrastrukturen der Institute und im direkten Transfer der

len Vernetzung zu werden.«

Forschungsergebnisse in die Praxis. Das ­Fraunhofer-Leistungszentrum »Digitale Vernetzung« arbeitet eng mit der Technischen Universität

Das Fraunhofer Leistungszentrum »Digitale Vernetzung« ist eine

Berlin, insbesondere mit den Fakultäten II Mathematik und Naturwis-

Kooperation der vier Berliner Fraunhofer-Institute FOKUS, HHI, IPK

senschaften, IV Elektrotechnik und Informatik und V Verkehrs- und

und IZM. Im Zentrum der Arbeit stehen Technologien und Lösun-

Maschinensysteme, zusammen. Es wird von der Senatsverwaltung

gen, die der zunehmenden Digitalisierung und Vernetzung aller

für Wirtschaft, Technologie und Forschung gefördert.

Lebensbereiche Rechnung tragen. Geforscht wird dabei sowohl an Basis- und Querschnittstechnologien als auch an Lösungen für

Weitere Informationen unter:

www.digitale-vernetzung.org

die vier konkreten Anwendungsbereiche Gesundheit und Medizin, Mobilität und Zukunftsstadt, Industrie und Produktion sowie Kritische Infrastrukturen.

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

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Ereignisse und Termine

Im Doppelpack Georg-Schlesinger-Preis 2015 geht an Altintas und Pritschow

Professor Eckart Uhlmann (m.) mit den Preisträgern Professor Günter Pritschow (li.) und Professor Yusuf Altintas (re.).

Prof. Yusuf Altintas, Ph. D., Dr.-Ing. (hon.) von der University of Bri-

Produktionseinrichtungen. 1984 wurde er Professor für Steuerungs-

tish Columbia (Kanada) und Prof. i.R. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult. Dr.-Ing.

technik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen an

E. h. Günter Pritschow von der Universität Stuttgart wurden am

der Universität Stuttgart. Zwischen 1986 und 1990 war er Prorektor

25. Februar 2016 mit dem Georg-Schlesinger-Preis des Landes Berlin

für Lehre und von 1996 bis 2000 Rektor der Universität Stuttgart.

ausgezeichnet. Die beiden renommierten Wissenschaftler erhielten die Auszeichnung für ihre wegweisenden Arbeiten auf dem Gebiet

Der Berliner Senat rief den Georg-Schlesinger-Preis am 20. Juni

der Produktionstechnik.

1979 anlässlich des 75-jährigen Jubiläums des Instituts für Werk-

Der 1954 in der Türkei geborene Yusuf Altintas hat Maschinenbau

dem Preis ehrt Berlin Persönlichkeiten, die hervorragende wissen-

studiert und ist Professor am Department of Mechanical Enginee-

schaftliche Leistungen im Bereich der Produktionstechnik erbrach-

ring der University of British Columbia. In seinen Forschungsarbeiten

ten und deren technologisch-wissenschaftliche Arbeit auch einen

zeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der TU Berlin ins Leben. Mit

beschäftigt er sich unter anderem mit Werkzeugmaschinenschwin-

gesellschaftlichen oder humanitären Bezug hat. Seit 2003 stellt die

gungen sowie der virtuellen Maschinensteuerung. 1986 gründete

TSB Technologiestiftung Berlin das Preisgeld.

er das Manufacturing Automation Laboratory. Hier hat er verschiedene ausgezeichnete Systeme zur Prozesssimulation entwickelt, die weltweit in zahlreichen Unternehmen und Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinen eingesetzt werden.

Der 1939 geborene Günter Pritschow studierte Nachrichtentechnik an der TU Berlin und promovierte am TU-Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik. Von 1976 bis 1980 war er Profes-

Ihr Ansprechpartner

sor am Fachgebiet Automatisierungstechnik für Qualitätssicherung

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

und Fertigung der TU Berlin. Seine umfangreichen Forschungen

Telefon: +49 30 39006-100

beschäftigten sich mit der Steuerungs- und Antriebstechnik für

eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de

FUTUR 1/2016

Schaufenster der Elektromobilität Ergebniskonferenz beschleunigt Erfolg der Elektromobilität früh am Morgen eingesetzt werden können, oder auch Fahrzeuge für die Filialbelieferung. Letztere können elektrisch-leise auch Nachtbelieferungen durchführen und müssen so nicht am Tage in »zweiter Reihe« parken. Für diese Nutzfahrzeuge hat das IPK ein Batteriesystem als Wechselsystem entwickelt, wodurch ein Betrieb der Fahrzeuge ohne Ladepausen möglich ist. © BMVBS

Ein Teil der Ergebniskonferenz Schaufenster Elektromobilität 2016, die von Umweltministerin Barbara Hendricks eröffnet wurde, sollte

Um der Elektromobilität in Deutschland zum Durchbruch zu ver-

insbesondere die Sicht der Flottenbetreiber auf die Erprobungszeit

helfen, hat die Bundesregierung vor drei Jahren die Förderung von

mit elektrischen Nutzfahrzeugen zusammentragen. Das Ergebnis

vier regionalen Projektclustern beschlossen, den »Schau­fenstern der

wurde in einer zweiten Session mit den Einführungsstrategien der

Elektromobilität«. Am 14. und 15. April wurden bei einer Ergebnis-

Fahrzeughersteller verglichen. Dieser Dialog soll als Wegbereiter

konferenz auf dem Leipziger Messegelände die Erfolge und Ergeb-

für den Hochlauf der Elektromobilität im Bereich elektrischer Nutz-

nisse aus den Schaufensterregionen vorgestellt sowie konkrete

fahrzeuge dienen und wurde organisiert durch den VDI/VDE-IT und

Handlungsempfehlungen gegeben.

das Fraunhofer IPK.

Das Fraunhofer IPK präsentierte in diesem Rahmen seine Projekt­

Ihr Ansprechpartner

ergebnisse zur Einführung elektrisch angetriebener Nutzfahrzeuge

Werner Schönewolf

in einem eigenen »Nutzer- und Industrieforum Nutzfahrzeuge« am

Telefon: +49 30 39006-145

15. April. Das betrifft leise Müllentsorgungsfahrzeuge, die schon

werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

Nacht der Ideen IPK ist Gast der französischen Botschaft

Wie werden wir in 50 Jahren Leben? Welche Technologien werden

Die Nacht der Ideen ist ein wichtiges wissenschaftliches und kul-

unseren Alltag verändern? Diese und weitere Zukunftsfragen stellt

turelles Event, das zum ersten Mal in Berlin im Maison de France

die Französische Botschaft während ihrer »Nacht der Ideen«. Sie

am Kurfürstendamm stattfindet. Die Veranstaltung wird von der

findet am 3. Juni 2016 im Institut Français in Berlin in der Zeit von

Französischen Botschaft in Berlin und ihren Partnern organisiert.

19 bis 1 Uhr statt. Antworten auf diese Fragen geben u. a. Experten des Fraunhofer IPK. Dr. Bertram Nickolay stellt im Vortrag die Zukunft und die Bedeutung der virtuellen Rekonstruktion zerstörter

Ihr Ansprechpartner

Kulturgüter vor. Gemeinsam mit dem Projektpartner Musterfabrik

Dr.-Ing. Bertram Nickolay

Berlin stellt das Fraunhofer IPK seine interaktive Lösung zur Rekon-

Telefon: +49 30 39006-201

struktion zerstörter Mosaike aus.

bertram.nickolay@ipk.fraunhofer.de

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Ereignisse und Termine

XV. Internationales Produktionstechnisches Kolloquium tenden Zustände bei Aufbau, Veränderung und Betrieb von ProXV. INTERNATIONALES PRODUKTIONSTECHNISCHES KOLLOQUIUM

PTK 2016

duktionsanlagen sowie der operativen Produktion. Dies erlaubt die Nutzung ganz neuer Fertigungsparadigmen, beispielsweise zur selektiven Montage in einer großvolumigen Produktion. Neue infor-

DIGITALISIERTE PRODUKTION – POTENTIALE FÜR EINE NACHHALTIGE URBANE WERTSCHÖPFUNG

mationstechnische Strukturen, Methoden und Werkzeuge bilden zunehmend die Basis innovativer Wertschöpfungsprozesse in der Produktion. Die Session »Informationstechnik« erläutert in Vorträgen aus Industrie und Forschung die aktuellen und zukünftigen

SAVE THE DATE 15. – 16.9.2016

Einflüsse schnell fortschreitender informationstechnischer EntwickJAHRE

30

lungen auf die Fabrik von morgen. Konkrete Beispiele vermitteln, welche Ansätze der Industrie 4.0 bereits heute neue Geschäftsmodelle hervorbringen.

Wo werden wir morgen produzieren? Wie werden wir morgen produzieren? Und was werden wir morgen Produzieren? Klar ist aber

Session Management & Organisation

nur: Die Digitalisierung schreitet beschleunigt voran und durchdringt

Die digitalisierte Produktion wird Unternehmen in Echtzeitunterneh-

die Wertschöpfungskette immer intensiver. Das Produktionstech-

men wandeln. Echtzeitunternehmen flexibilisieren ihre Geschäfts-

nische Kolloquium PTK 2016 widmet sich daher konsequent dem

prozesse aufwandsneutral, sodass Produkte und Dienstleistungen

Thema »Digitalisierte Produktion – Potentiale für eine nachhaltige

kundenauftragsspezifisch anpassbar sind. Dieser Paradigmenwech-

urbane Wertschöpfung«. Referenten aus Politik, Wirtschaft und

sel eröffnet neue Möglichkeiten zur Datenanalyse und Prognose,

Wissenschaft zeigen die Herausforderungen auf und stellen ihre

stellt aber auch völlig neue Anforderungen an das Management

Lösungen für den Wirtschaftsstandort Deutschland dar.

und die Organisation. In der Session präsentieren und diskutieren

Wie können Wertschöpfung und Arbeitsplätze in Deutschland trotz

der Metamorphose zur digitalisierten Produktion bereits erfolgreich

oder gerade wegen der zunehmenden Digitalisierung gesichert und

für die Planung und Implementierung eingesetzt haben.

wir innovative Anwendungen aus der Praxis, die Unternehmen bei

ausgebaut werden? Welche Technologien und Prozesse sind ökonomisch, ökologisch und sozial verträglich, welche müssen weiter

Session Technologie

entwickelt werden? Die zunehmende Urbanisierung, die mit dem

Die intelligente und flexible Produktion auf Basis einer umfassenden

demographischen Wandel einhergeht, erfordert neue Konzepte

Vernetzung und der Einbringung von cyberphysikalischen Systemen

für eine urbane Produktion. Die Tagung wird zeigen, wie die digi-

steht in den Startlöchern. Granularer, essentieller Bestandteil einer

talisierte Produktion und damit verbundene Technologien dazu

jeden Fertigung wird, trotz Digitalisierung, auch zukünftig der tech-

beitragen können, kreative und nachhaltige Produktionsstätten in

nologische Fertigungsschritt sein. Es gilt jedoch zu klären, wie neue

urbanen Räumen zu schaffen. Innovative und nachhaltige Produk-

Technologien, beispielsweise 3D-Druck, oder die innovative Integra-

tionsverfahren sollen es zukünftig ermöglichen, Produktion auch in

tion und Vernetzung intelligenter Sensorik, dazu beitragen können,

Ballungsräumen verträglich anzusiedeln. Dies birgt viele Vorteile für

die Leistungsfähigkeit der Einzeltechnologien und somit der gesam-

Unternehmen, wie kurze Wege, neue Kooperationsformen sowie

ten Wertschöpfungskette zu steigern. In dieser Session formulieren

einen verbesserten Zugang zur Kreativitätswirtschaft und zu gut

und diskutieren führende Unternehmen der deutschen Industrie-

ausgebildetem Personal. Kleine, urbane Produktionsstätten werden

landschaft ihre Bedarfe und präsentieren ihre geplanten und bereits

zukünftig global agierende Produzenten bei der Bereitstellung und

umgesetzten Lösungen rund um das Thema Industrie 4.0 auf der

Verteilung von Gütern sowie bei der Dienstleistungserbringung

technologischen Ebene zur Realisierung einer flexiblen und kunden­

strategisch ergänzen. Hierfür haben wir ein Programm zusammen-

individuellen Produktion.

gestellt, das anwendungsnahe Lösungen präsentiert.

Weitere Informationen und Anmeldung: Session Informationstechnik

www.ipk.­fraunhofer.de

Daten, Informationen und digitale Modelle werden künftig nicht nur wie bisher als Planungsgegenstand und zur statistischen Pro-

Ihr Ansprechpartner

zesskontrolle genutzt, sondern im Sinne eines »Digitalen Zwillings«

Prof. Dr.-Ing. Holger Kohl

zu einer »Informationsfabrik« verschmolzen. Sie ermöglicht eine

Telefon: +49 30 39006-233

ständig vorauseilende Simulation und Vorhersage der zu erwar-

holger.kohl@ipk.­fraunhofer.de

FUTUR 1/2016

Termine Mehr Können – Veranstaltungen 2016 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.

27. April 2016

Workshop: Die integrierte Fabrik erleben

27. April 2016

Workshop: Materialkennwerte und -datenbank für flexible Bauteile

03. Mai 2016

Workshop: Additive Fertigung mit flexiblen Prozessketten

12. Mai 2016

Workshop: Unterpulverschweißen dickwandiger Bauteile

22. – 24. Mai 2016

23. CIRP Conference on Life Cycle Engineering

02. Juni 2016

Fraunhofer Technologieforum Smart Maintenance, ILA 2016

06. – 07. Juni 2016

Seminar: Wissensbilanz Made in Germany

10. Juni 2016

Technologietag: Industrie 4.0

16. Juni 2016

Workshop: Virtual Reality in der industriellen Anwendung

17. Juni 2016

Workshop: Reverse Engineering

15. – 16. September 2016

Konferenz: PTK 2016: Digitalisierte Produktion – Potentiale für eine nachhaltige urbane Wertschöpfung

28. – 30. September 2016

Grundlagenseminar Reinigungstechnik

30. September 2016

Technologietag: Medizintechnik

Oktober 2016

Studiengang: International Master (M. Sc.) Global Production Engineering

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

TIPP

Technologietag Industrie 4.0

Das Fraunhofer IPK präsentiert am 10. Juni 2016 in einer Leistungsschau erstmalig das komplette Angebot seiner Industrie-4.0Technologien und zeigt konkrete Lösungen für die industrielle Praxis.

Wir hinterfragen kritisch aktuelle Trends und Entwicklungen und diskutieren gemeinsam mit Ihnen, was davon mehr Wunsch als Wirklichkeit ist und welche Szenarien tatsächlich sinnvoll und umsetzbar sind. In unserem Versuchsfeld erleben Sie unsere Technologien live und können vor Ort prüfen, welche Potenziale und Nutzen sich ganz konkret für Sie als Anwender ergeben. Unsere Themen im Überblick: –– Intelligente Fertigungstechnologien in der digital integrierten Produktion –– Durchgängige Datenmodelle und intelligente Datenanalyse –– Flexible Produktion und industrielle Kommunikation –– Live-Demonstration digitaler Lösungen für die Produktion –– Aktuelle Strategien und Aktivitäten zur Digitalisierung in der Industrie –– Kooperation und Initiierung neuer Projekte im Fraunhofer Leistungszentrum

Ihre Ansprechpartnerin Claudia Engel Telefon: +49 30 39006-238 claudia.engel@ipk.­fraunhofer.de

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

Zudem erschließen wir auf Grundlage unseres fundierten Know-hows neue Anwendungen in zukunftsträchtigen Gebieten wie der Sicherheits-, Ver­ kehrs- 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 Wiederverwertung mit von uns entwickelten oder verbesserten Methoden und Verfahren.

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

Ihre Ansprechpartner im PTZ Berlin Unternehmensmanagement 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 Füge- und Beschichtungstechnik (IWF) Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark (komm.)

Telefon: +49 30 39006-243 rainer.stark@ipk.­fraunhofer.de Automatisierungstechnik, Industrielle Automatisierungstechnik Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger Telefon: +49 30 39006-181 joerg.krueger@ipk.­fraunhofer.de Montagetechnik und Fabrikbetrieb Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger Telefon: +49 30 314-22014 guenther.seliger@mf.tu-berlin.de Qualitätsmanagement, Qualitätswissenschaft Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem Telefon: +49 30 39006-118 roland.jochem@ipk.­fraunhofer.de Medizintechnik Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann (komm.)

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

­Fraunhofer Innovationscluster 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 39006-183 joerg.krueger@ipk.­fraunhofer.de

­Fraunhofer -Allianzen

Kompetenzzentren

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

Additive Fertigung Dipl.-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. Dirk Oberschmidt Telefon: +49 30 39006-159 dirk.oberschmidt@ipk.­fraunhofer.de

Generative Fertigung Dipl.-Ing. Benjamin Graf Telefon: +49 39006-374 benjamin.graf@ipk.­fraunhofer.de

Benchmarking Dipl.-Wirt.-Ing. Oliver Riebartsch Telefon: +49 30 39006-262 oliver.riebartsch@ipk.­fraunhofer.de

Numerische Simulation von Produkten, Prozessen Dipl.-Ing. Raphael Thater Telefon: +49 30 39006-375 raphael.thater@ipk.­fraunhofer.de

Elektromobilität Dipl.-Ing. Werner Schönewolf Telefon: +49 30 39006-145 werner.schoenewolf@ipk.­fraunhofer.de

Reinigungstechnik Dipl.-Ing. Johannes Mankiewicz Telefon: +49 30 39006-154 johannes.mankiewicz@ipk.fraunhofer.de

Mehr Können – Veranstaltungen 2015 Claudia Engel Telefon: +49 30 39006-238 claudia.engel@ipk.­fraunhofer.de

SysWasser Dipl.-Ing. Gerhard Schreck Telefon: +49 30 39006-152 gerhard.schreck@ipk.­fraunhofer.de

PDM/PLM Dr.-Ing. Haygazun Hayka Telefon: +49 30 39006-221 haygazun.hayka@ipk.­fraunhofer.de

Verkehr Dipl.-Ing. Werner Schönewolf Telefon: +49 30 39006-145 werner.schoenewolf@ipk.­fraunhofer.de

Prozessmanagement Dr.-Ing. Thomas Knothe Telefon: +49 30 39006-195 thomas.knothe@ipk.­fraunhofer.de

Arbeitskreise

Simulation und Fabrikplanung Dr.-Ing. Thomas Knothe Telefon: +49 30 39006-195 thomas.knothe@ipk.­fraunhofer.de

Berliner Runde (Werkzeugmaschinen) Dipl.-Ing. Fabio Meister Telefon: +49 30 314-24450 meister@iwf.tu-berlin.de Keramikbearbeitung Alexander Eulitz, M. Sc. Telefon: +49 30 314-24963 eulitz@iwf.tu-berlin.de Mikroproduktionstechnik Dr.-Ing. Dirk Oberschmidt Telefon: +49 30 39006-159 dirk.oberschmidt@ipk.­fraunhofer.de Strahltechnik Simon Motschmann Telefon: +49 30 39006-269 simon.motschmann@ipk.­fraunhofer.de Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe Florian Erdmann, M. Sc. Telefon: +49 30 314-21791 florian.erdmann@iwf.tu-berlin.de

Self-Organising Production (SOPRO) Dipl.-Ing. Eckhard Hohwieler Telefon: +49 30 39006-121 eckhard.hohwieler@ipk.­fraunhofer.de Virtual Reality Solution Center (VRSC) Dipl.-Ing. Uwe Rothenburg Telefon: +49 30 39006-125 uwe.rothenburg@ipk.­fraunhofer.de Wissensmanagement Dipl.-Kfm. Ronald Orth Telefon: +49 30 39006-171 ronald.orth@ipk.­fraunhofer.de Zentrum für Innovative Produktentstehung (ZIP) Dr.-Ing. Haygazun Hayka Telefon: +49 30 39006-221 haygazun.hayka@ipk.­fraunhofer.de