Die E 3 -Produktion folgt auf Industrie 4.0 und Smart Factory

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1 Industrieproduktion von morgen Die E 3 -Produktion folgt auf Industrie 4.0 und Smart Factory Autor / Redakteur: Annedore Munde / Jürgen Schreier Fachleute fordern mit Blick auf die Produktion und die Anlagentechnik ein Umdenken in der gesamten Wertschöpfungskette. Was mit dem E 3 - Konzept für die industrielle Produktion von morgen entwickelt und erforscht wird, geht jedoch weit über Industrie 4.0 und den Begriff Smart Factory hinaus. Entscheidend im Prozess ist immer der Mensch, denn seine Quelle für Inspiration und seine Innovationskraft sind unersetzlich, sagt Prof. Matthias Putz, Hauptabteilungsleiter für Produktionsmanagement am Fraunhofer-IWU und Koordinator des E³-Leitprojekts innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft. (Bild: Fraunhofer- IWU) Fabrik. Schon lange profitiert die klassische Industrie von den Möglichkeiten des Internets. Meist sind es jedoch kleinere oder auch komplexe Einzellösungen, die in den Unternehmen umgesetzt wurden. Mit Industrie 4.0, dem Zukunftsprojekt in der Hightech-Strategie der Bundesregierung, sollen reale und virtuelle Welten zunehmend vernetzt werden. Das Ergebnis ist die intelligente Diese sogenannte Smart Factory steht für Wandlungsfähigkeit in der Produktion, Ressourceneffizienz und Ergonomie und gewährleistet gleichzeitig, dass Kunden und Geschäftspartner direkt in die Wertschöpfungsprozesse einbezogen werden können. Das alles klingt logisch. Eine Vielzahl von Einzelprojekten belegt bereits, dass Industrie 4.0 in der Realität anzukommen scheint, so zum Beispiel die Maschinenbedienungen über Handy-Apps. Und die Verknüpfung von Maschinen- und Gebäudefunktionen verdeutlicht, dass Fabriken an bestimmten Schnittstellen heute durchaus intelligent sind. Die selbstoptimierende Produktion unter menschlicher Kontrolle 3 Seite 1 / 11

2 Mit dem Forschungskonzept E -Produktion möchte die Fraunhofer-Gesellschaft jetzt einen Schritt weiter gehen und globaler ansetzen. Das Konzept setzt die Grundelemente Effizienz, Emissionsneutralität und Einbindung des Menschen in einen synergetischen Kontext. Konkret heißt das: Drei wesentliche Aspekte sollen einen ganzheitlichen Innovationsrahmen für neue Entwicklungen in der Produktionstechnik bilden. BILDERGALERIE Fotostrecke starten: Klicken Sie auf ein Bild (5 Bilder) Dies sind die Effizienz hinsichtlich der Ressourcennutzung in den Produktionsprozessen, das emissionsneutrale beziehungsweise kreislauforientierte Betreiben der Produktion als Ganzes und die Neubewertung der Rolle des Menschen in der Produktion. Jedes E steht also für eine Vision, an deren Verwirklichung bereits heute aktiv geforscht wird. Ein wichtiger Forschungsschwerpunkt in diesem Projekt betrifft die Rolle des Menschen in der industriellen Produktion der Zukunft. Zentrale Faktoren, wie die demografische Entwicklung, die weiter zunehmende Automatisierung sowie die neuen Möglichkeiten in der Informations- und Kommunikationstechnik, bilden die Basis für die Leitfragen nach altersgerechten Produktionsumgebungen, neuen Konzepten für die Interaktion und Strategien zur Wiedereinbindung des Menschen in die Produktion. Forschungsprojekt betrachtet gesamtgesellschaftliche Erwartungen Bei all den sehr technischen Begriffen, die auch zum Leitprojekt E 3 -Produktion dazu gehören, klingt es dann sehr menschlich, dass von einer Mensch-Maschine- Kooperation gesprochen wird und nicht, wie sonst üblich, von einer Mensch-Maschine- Schnittstelle. Entscheidend im Prozess ist immer der Mensch, denn seine Quelle für Inspiration und seine Innovationskraft sind unersetzlich, sagt Prof. Matthias Putz. Er ist Hauptabteilungsleiter für Produktionsmanagement am Fraunhofer-IWU und Koordinator 3 Seite 2 / 11

3 des E -Leitprojekts innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft. Konkret heißt das auch, dass der Mensch die zentrale Rolle im Prozess spielt mit einer unmittelbaren Kopplung zur Technik und zum Produkt. E 3 grundsätzlich eine andere Ebene als Industrie 4.0 Der E 3 -Ansatz wurde von Prof. Reimund Neugebauer, dem Präsidenten der Fraunhofer-Gesellschaft, in seiner Zeit als Institutsleiter am IWU entwickelt und 2011 vorgestellt. Im November 2013 wurde das Konzept dann in das Fraunhofer-Leitprojekt E 3 -Produktion überführt. Insgesamt bringen zwölf Fraunhofer-Institute aus den Verbunden Produktion, Werkstoffe und Bauteile, Oberfläche und Photonik, Informations- und Kommunikationstechnik sowie Lebenswissenschaften seitdem ihre Kompetenzen in das Leitprojekt ein. Putz beschreibt, in welchen Punkten das E 3 -Projekt weiter greift: Industrie 4.0 und Smart Factory sind Bestandteile des E 3 -Konzeptes, E 3 ist grundsätzlich eine andere Ebene. Doch ohne Industrie 4.0 gäbe es weniger Lösungen für E 3. An vier Standorten entstehen Demonstratoren und Pilotanwendungen Doch forschen ohne Praxisbezug hätte nur eingeschränkte Relevanz. Deshalb entstehen bis 2016 an vier Standorten in Deutschland Demonstratoren und Pilotanwendungen. Mit ihnen soll es gelingen, Lösungsvorschläge schneller in die Praxis zu überführen und Schlüsselbranchen für die Themenstellungen und Ergebnisse zu sensibilisieren. Doch wie könnte die Fabrik der Zukunft aussehen? Welche Maschinen werden benötigt? Und wie müssen die Prozesse gestaltet sein? Zukünftig werden Pilotanwendungen an den Fraunhofer-Instituten in Stuttgart (Produktionstechnik und Automatisierung), in Dortmund (Materialfluss und Logistik) und in Berlin (Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik) dies verdeutlichen. Ressourceneffiziente Technik und energieeffiziente Produktionsanlagen Am Fraunhofer-IWU in Chemnitz ist einer dieser Demonstratoren bereits in der finalen Anlaufphase: die E 3 -Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion, erklärt Putz. Dort werden neue Technologien und Verfahren sowie fabrikplanerische Konzepte für die nachhaltige Fertigung entwickelt und gemeinsam mit Industriepartnern aus dem Automobil- und Maschinenbau sowie dem Flugzeugbau erprobt. Die Summe von circa 20 Mio. Euro umfasst Investitionen in Gebäude- und Anlagentechnik. Das Projekt wurde aus Mitteln des Bundes, des Freistaates Sachsen und der EU finanziert sowie von diversen Industriepartnern kofinanziert. Auf der Hannover-Messe soll die Forschungsfabrik nach circa zweieinhalb Jahren Bauzeit erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt werden. Seite 3 / 11

4 Steigende Energiekosten, die demografische Entwicklung, das sich verändernde Mobilitätsbedürfnis, die Chancen und Risiken der Informationsgesellschaft oder auch die zunehmende Automatisierung in der Produktion die Herausforderungen, mit denen sich Wissenschaft, Forschung und Industrie auseinandersetzen müssen, sind vielschichtig und komplex. Das Forschungskonzept der E 3 -Produktion ist eine Antwort auf die globalen Megatrends. Neu daran ist die klare Fokussierung auf eine nachhaltige Wertschöpfung und daraus folgend eine ganzheitliche Betrachtung der wesentlichen Komponenten des Systems Produktion: Rohstoff/Werkstoff, Energie, Information und Mensch. Ein zentraler Schwerpunkt der E 3 -Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion ist daher die Effizienzsteigerung. So werden ressourceneffiziente Fertigungstechniken hinsichtlich der Senkung des notwendigen Energieeinsatzes, der Steigerung des Materialausnutzungsgrades und der Nutzung von Hochleistungs- und Hybridprozessen untersucht. Neben der Effizienzsteigerung in der Fertigungstechnik an sich hat auch die Gestaltung der Prozesskette einen großen Einfluss auf die Bilanz in der Ressourceneffizienz und unter zunehmend veränderlichen Randbedingungen natürlich auch auf die betriebswirtschaftliche Effizienz. Kompetenz wird am Beispiel mit Industriepartnern demonstriert Die E³-Fabrik soll sowohl als Plattform für die Forschung genutzt werden als auch zum Generieren von Pilotanwendungen und bewertbaren Lösungen. Dabei ist das Hauptaugenmerk auf die konsequente Orientierung auf Prozessketten gerichtet. Nur damit ist es uns möglich, die komplexen Wechselwirkungen innerhalb einer Prozesskette nicht nur theoretisch, sondern auch experimentell in einer Art und Weise zu erfassen, die den realen Produktionsbedingungen sehr nahe kommt und damit sehr schnell umsetzbar ist, unterstreicht Putz dieses Alleinstellungsmerkmal. Dadurch biete sich eine neue Form der Interaktion von Industrie und Forschung. Doch wie können einerseits globale Techniken und Denkweisen entwickelt und diese andererseits konkret auf das einzelne Unternehmen beziehungsweise den einzelnen Anwendungsfall heruntergebrochen werden? Forschungsfabrik in Chemnitz betrachtet zwei Prozessketten In der Forschungsfabrik in Chemnitz liegt der Fokus derzeit auf der Betrachtung von zwei Prozessketten. Zum einen ist dies die Prozesskette Karosseriebau, bei der die Erhöhung der Flexibilität im Automobilbau der Zukunft im Mittelpunkt steht. Anhand des exakten Nachbaus der vollständigen Referenzprozesskette für den Zusammenbau einer Autotür in Kooperation mit der Volkswagen AG kann die seriennahe Erprobung ressourceneffizienter Technologien unter realistischen Produktionsbedingungen erfolgen. Seite 4 / 11

5 Ein zweiter Schwerpunkt der Betrachtungen sind sogenannte ultrakurze umformbasierte Prozessketten im Kompetenzbereich Antriebsstrang. Am Beispiel einer Fertigungsstrecke für eine Getriebewelle, die im Motor für die Weiterleitung von Drehbewegung und Drehmomenten im Getriebe eines Automobils zuständig ist, werden auch hier die Einsparpotenziale untersucht und demonstriert. Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen komplex betrachtet Auch die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen wird komplex betrachtet. Eine globale Aussage zur Energieeffizienz einer Werkzeugmaschine ohne eine gleichzeitige Betrachtung von Prozess und Bauteil ist immer problembehaftet, erklärt Projektkoordinator Putz. Der Workflow bei der Maschinenentwicklung müsse daher sowohl die Parameter identifizieren und bedienen, die zum Einhalten der Maschineneigenschaften hinsichtlich der geforderten Genauigkeiten wichtig sind, als auch die, die der effizienten Produktion Rechnung tragen. Also forciert man auch beim Anlagendesign neue Ansätze Ansätze, die sich in der Natur jedoch seit vielen Jahren bewährt haben. Und so setzen sich die Wissenschaftler am IWU mit Gestaltungsprinzipien aus der Bionik auseinander und lassen diese in ihre Entwicklungen einfließen. Industrie 4.0 erster Vorbote einer neuen Form der Produktion Wir sehen Industrie 4.0 und zum Beispiel den Hype der 3D-Printing-Technologien als erste Vorboten einer neuen Form der Produktion, sagt Putz. Und damit sind es auch Angebote, die für das E 3 -Konzept aufgegriffen werden sollten. Er demonstriert, dass die Energiemesswerte der Anlagen beispielsweise in einem Fertigungsmanagementsystem erfasst und mit ihren Planungs- und Betriebsdaten verknüpft werden können. Diese Informationen fließen in ein energiesensitives Leitsystem ein, mit dessen Hilfe das Leitungspersonal dann alle Ressourcen- und Stoffströme durch koordinierte Steuerung zentral hinsichtlich Effizienz optimieren kann. Putz steht in der gläsernen Leitzentrale der Forschungsfabrik, in der die Daten über alle benötigten Ressourcen, wie Druckluft, Wasser oder elektrische Energie sowie Maschinen- und Prozessdaten, auf Fabrikebene zusammenfließen. Die Wissenschaftler können die Informationen in Echtzeit auf einem Dashboard visualisieren. Die transparenten Glasmonitore sind über Gestensteuerung bedienbar und erinnern an Holodecks. E 3 -Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion wird auf Hannover- Messe präsentiert Wer Industrie 4.0 sucht oder eine Smart Factory, der findet hier beides mehrfach umgesetzt. Die Einzelprojekte sowie die futuristisch anmutende und gleichzeitig produktionsnahe Umsetzung der Forschungsfabrik zeigen aber auch, dass die Seite 5 / 11

6 Produktion der Zukunft viel komplexer sein wird und weit darüber hinausgeht. Die E 3 -Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion stellen Forscher auf der Hannover-Messe 2014 am Fraunhofer-Stand in Halle 2, Stand D18 vor. * Annedore Munde ist Fachjournalistin in Erfurt. Copyright Vogel Business Media Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter Dieses PDF wurde Ihnen bereitgestellt von In der gläsernen Leitzentrale fließen die Daten über alle benötigten Ressourcen sowie Maschinen- und Prozessdaten auf Fabrikebene zusammen. (Bild: Ines Escherich/ Fraunhofer-IWU) Seite 6 / 11

7 Die Energiemesswerte der Anlagen sollen in einem Fertigungsmanagementsystem erfasst und mit ihren Planungs- und Betriebsdaten verknüpft werden. (Bild: Fraunhofer-IWU) Seite 7 / 11

8 Entscheidend im Prozess ist immer der Mensch, denn seine Quelle für Inspiration und seine Innovationskraft sind unersetzlich, sagt Prof. Matthias Putz, Hauptabteilungsleiter für Produktionsmanagement am Fraunhofer-IWU und Koordinator des E³-Leitprojekts innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft. (Bild: Fraunhofer-IWU) Seite 8 / 11

9 Entscheidend im Prozess ist immer der Mensch, denn seine Quelle für Inspiration und seine Innovationskraft sind unersetzlich, sagt Prof. Matthias Putz, Hauptabteilungsleiter für Produktionsmanagement am Fraunhofer-IWU und Koordinator des E³-Leitprojekts innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft. (Bild: Fraunhofer-IWU) Seite 9 / 11

10 Am Fraunhofer-IWU in Chemnitz ist einer der Demonstratoren, der Pilotanwendungen der E³-Produktion verdeutlicht, bereits in der finalen Anlaufphase. (Bild: Fraunhofer-IWU/Peter Schubert, Dresden) Seite 10 / 11

11 Prof. Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft: Wir wollen und müssen die Gedanken und Ergebnisse, die durch Industrie 4.0 und die Konzepte der Smart Factory entstanden sind, in die Gestaltung der E³-Produktion einfließen lassen. (Bild: Jörg Lange) Seite 11 / 11