Ressourceneffiziente Produktion durch intelligente Systeme. Michael Hoffmann Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

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1 Ressourceneffiziente Produktion durch intelligente Systeme Michael Hoffmann Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Kick-Off-Veranstaltung Industriearbeitskreis AUTOMATION, HTWK Leipzig,

2 Fraunhofer IWU Überblick 500 Mitarbeiter 30 Mio. Euro (2012) m² Versuchsfelder Standorte: Chemnitz, Dresden, Augsburg, Zittau IWU Campus Chemnitz 2013* Fraunhofer IWU in Chemnitz Kompetenzen Werkzeugmaschinen und Automatisierung Mechatronik und Leichtbau Zerspanungstechnik Umformtechnik Füge- und Montagetechnik Produktionsmanagement Motivation * Industrie 4.0 * Intelligente Systeme in der Produktion * Beispiele

3 Agenda 1. Motivation 2. Industrie Intelligente Systeme 4. Beispiele Kick-Off-Veranstaltung Industriearbeitskreis AUTOMATION, HTWK Leipzig,

4 Treiber für eine ressourceneffiziente Produktion sind - demografische Entwicklung - Ressourcenverknappung - Klimawandel

5 Demografische Entwicklung (1) im Jahr 2011: 7 Milliarden Menschen 1,5 Milliarde in Wohlstand 5,5 Milliarden in Bewegung im Jahr 2050: > 9 Milliarden Menschen... Herausforderung besteht darin:..produktion zu verzehnfachen!..ressourceneinsatz zehnteln!..umweltbelastung maßgeblich zu senken! Fazit: Notwendigkeit eines Paradigmenwechsels von bisher maximalen Gewinn aus minimalem Kapital hin zu maximalen Gewinn aus minimalen Ressourcen (1) Quellen: United Nations, 2008 Dt. Stiftung Weltbevölkerung, 2010

6 Klimawandel These 1 globale Erwärmung = f (menschliches Handeln) These 2 globale Erwärmung f (menschliches Handeln) sondern globale Erwärmung = f (globaler Zyklen) Lösungsansatz: These 1 Vermeidungsstrategien (CO2 Ausstoß verringern) These 2 Anpassungsstrategien (Reaktion auf nicht vermeidbare Veränderungen) Strategische Elemente:...Effizienzsteigerung Energie- und ressourceneffiziente Produktion u. Produktionssysteme

7 Marktanforderungen Trend 1: individuelle Produkte Variantenanzahl Stückzahl Entwicklungszeiten Trend 2: komplexe Produkte Miniaturisierung Funktionsintegration Funktionalität Dynamik Genauigkeit Flexibilität

8 Industrie 4.0 Marktplatz der Möglichkeiten Intelligente Produktion Vernetzte, flexible Maschinen, Anlagen und Betriebsmittel tauschen eigenständig Informationen aus, lösen eigenständig Aktionen aus, steuern sich gegenseitig selbstständig. Intelligente Produkte sind eindeutig identifizierbar, sind jederzeit lokalisierbar, kennen ihre Historie, den aktuellen Zustand und alternative Wege zum Zielzustand. Weitere Elemente Energie- und Ressourceneffizienz / Urbane Produktion Intelligente Assistenzsysteme (Mensch-Maschine-Schnittstelle) Flexible Arbeitsorganisation (Work-Life-Balance) Demographisch-sensible und soziale Arbeit Quelle: acatech, DKFI

9 AUFMERKSAMKEIT Der Technologie-Hype-Cycle Gipfel der überzogenen Erwartungen Plateau der Produktivität Pfad der Erleuchtung Tal der Enttäuschungen Technologischer Auslöser ZEIT

10 Zeitplan für die einzelnen Forschungsfelder Quelle: Plattform Industrie 4.0,Whitpaper FuE Themen ( )

11 Industrie 4.0 eine Auspägung Cyber Physischer Systeme Ebene 3: neue intelligente Produkte und Dienstleistungen Cyber Physisches System Ebene 2: vernetzte Daten, Modelle in der Cloud Ebene 1: Maschinen, Anlagen, Fahrzeuge u.a. Neuheitswert liegt in der Kombination aus verfügbaren Technologien die Möglichkeiten sind verblüffend und endlos! Quelle: R. Draht, open Automation 3/14

12 Assistenzsystem zur Bewegungsoptimierung kinematisches Prinzip Pentapod Fa. Metrom

13 Assistenzsystem zur Bewegungsoptimierung Ausgangssituation Herstellen von nicht definierten Oberflächen (Polieren, Entgraten) Realisierung einer kraftsensitiven Technologie (Schneiden von Glas) Mensch-Maschine-Interaktion (Teach-In) Sollwertgenerierung Regelungsmodell überlagerte Kraft-Momenten-Regelung

14 Assistenzsystem zur Bewegungsoptimierung

15 Flexible Qualitätsüberwachung Herausforderung: Subjektive Qualitätsbewertung durch den Menschen besonders bei häufigem Bauteilwechsel kritisch Sichtbarkeit von Defekten ist stark von Umgebungseinflüssen abhängig sichere 100% - inline-prüfung notwendig schnelle, flexible Anpassung an neue Bauteile notwendig F&E - Ansatz Zu- und Abschaltung von Modulen oder einzelnen Sensoren Änderung der den Sensoren zugeordneten Auswertealgorithmen Automatische, schrittmotorgesteuerte Positionierung von Kameras und Beleuchtung Gemeinsame Bewertung der Daten auch im Zusammenspiel mit weiteren Sensorsystemen

16 Flexible Qualitätsüberwachung Optische Verfahren Induktive Verfahren Akustische Verfahren Kamerabasiert Offline (Raster) Körperschall Laserscanner Quelle: imq GmbH Crimmitschau Inline (punktuell) Gemeinsame Auswertung (Modulare Datenanalyse-Software)

17 Flexible Qualitätsüberwachung Datenanalyse Automatisierung Xeidana Erweiterbarkeit Modularer Aufbau/ Parallele Datenverarbeitung Sensorfusion Xeidana (extensible Environment for Industrial Data ANAlysis) Prüfstand mit 4 Kamerasystemen zur Erkennung von Fehlern in Tiefziehteilen (Risse, Falten, Geometrien)

18 Flexible Qualitätsüberwachung Multisensorielle Datenauswertung Merkmalsselektion Sensor-Fusion / Klassifikation Signifikanzanalyse Redundanzreduktion u.a. S2? Sensoren: S1, S2? S1

19 Flexible Qualitätsüberwachung Multisensorielle Datenauswertung Merkmalsselektion Sensor-Fusion / Klassifikation Signifikanzanalyse Redundanzreduktion u.a. S2 Sensoren: S1, S2 S1

20 Flexible Qualitätsüberwachung Multisensorielle Datenauswertung Merkmalsselektion Sensor-Fusion / Klassifikation Signifikanzanalyse Redundanzreduktion u.a. S2 i.o. Sensoren: S1, S2 n.i.o. S1

21 E³-Forschungsfabrik - Energieversorgungskonzept Ressourceneffiziente Technologien für Powertrain / Karosseriebau Geschäftserfolg = f (Qualität, Produktivität, Flexibilität, Energiekosten) Senkung Energiekosten Produktion Energiemanagement Energiespeicherung/-rückführung Nutzung regenerativer Energien Schnittstellen zur Gebäudeinfrastruktur/ - leittechnik

22 E³-Forschungsfabrik - Energieversorgungskonzept Der Produktionsstandort wird zum»micro-smart-grid«

23 Energie- und Speichermanagement Ziele Glättung Lastspitzen Senkung EVU-Bezug Energiemanagement Messen Visualisieren Analysieren Schalten Speichermanagement bedarfsgerecht (Input aus Prozess und Produktionsplanung) technisch zulässig (Kapazitäten, Lade- und Entladezeiten, Zyklen) wirtschaftlich (Abrechnungsmodelle EVU, Lebensdauer Speicher)

24 Stationäre Energiespeicher Simulation von Energiespeichern mit realen Messdaten Reduzierung Spitzenlast ca. 80%

25 Zusammenfassung für intelligente Systeme in der Produktion (im Sinne Industrie 4.0) braucht es: standardisierte Dienste auf Basis standardisierter Semantik und Kommunikation untereinander Merkmale wie Selbstauskunft und Erkundbarkeit, als Basis neuer Wertschöpfung Verfügbarkeit von Diensten, die Wertschöpfung aus der herstellerübergreifenden Verfügbarkeit von Daten betreiben Verknüpfung von Diensten

26 Vielen Dank Michael Hoffmann Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Motivation * Industrie 4.0 * Intelligente Systeme in der Produktion * Beispiele

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