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Forschungsergebnisse aus der Fabrik der Zukunft

Im Mai vergangenen Jahres wurde die E3-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion in Chemnitz eröffnet. Sie ist Teil des Fraunhofer-Leitprojekts E3-Produktion, das sich mit der nachhaltigen Zukunft der industriellen Produktion beschäftigt. Im Rahmen der Industrieschau Hannover-Messe wurden nun erste Ergebnisse präsentiert.

Hannover (csr-news) > Im Mai vergangenen Jahres wurde die E3-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion in Chemnitz eröffnet. Sie ist Teil des Fraunhofer-Leitprojekts E3-Produktion, das sich mit der nachhaltigen Zukunft der industriellen Produktion beschäftigt. Im Rahmen der Industrieschau Hannover-Messe wurden nun erste Ergebnisse präsentiert.

E3-Produktion bedeutet eine ganzheitliche Betrachtung der Prozesse, der Fabrik als Ganzes und der Umgebung der Fabrik. Dabei werden Lösungskonzepte für eine Energie- und Ressourcenschonende Produktion, für eine emissionsneutrale Fabrik und für die Interaktion von Mensch und Maschine entwickelt. In der Modellfabrik wird in den Kompetenzbereichen Antriebsstrang, Karosseriebau sowie Daten- und Energiemanagement in enger Partnerschaft mit der Automobilindustrie an wettbewerbsfähigen Lösungen für die Produktion der Zukunft gearbeitet. Dabei wird erstmals eine Demonstratorprozesskette für die umformbasierte Herstellung von verzahnten Hohlwellen entwickelt. Diese Komponenten sind im Getriebe eines Kraftfahrzeugs für die Drehmomentenübertragung im Antriebsstrang zuständig. Vor dem Hintergrund, Treibstoffverbrauch und Emissionen der kommenden Fahrzeuggenerationen signifikant zu senken, wird im Automobilbau weiter an innovativen Lösungen für Leichtbaukonzepte geforscht. Jedes gesparte Kilogramm schlägt sich direkt in einem geringeren Kraftstoffverbrauch nieder. Konventionell werden diese Bauteile in zahlreichen Prozessschritten wie beispielsweise Schmieden, Drehen und Bohren gefertigt. In der neuen Prozesskette werden vor allem die material-, zeit- und kostenintensive Zerspanprozesse ersetzt. Dadurch konnten bisher 12,5 Prozent des benötigten Materials eingespart werden, das entspricht etwa 0,5 kg pro Bauteil. Und auch die Formen konnten verkleinert werden und tragen dadurch ebenfalls zur Materialeffizienz bei, die insgesamt um 6,5 Prozent verbessert werden konnte. Doch damit sind die Potenziale noch nicht ausgeschöpft. „Bis zum Ende des Projektzeitraums im Jahr 2016 wollen wir die Energie- und Ressourceneffizienz der neuen Prozesskette sowie die resultierenden Bauteileigenschaften weiterentwickeln und optimieren“, erklärt Projektleiter Udo Hellfritzsch.

An anderer Stelle stehen Bediener und Fachkräfte von Maschinen im Mittelpunkt. Sie werden in ihrem Arbeitsalltag mit immer mehr Daten und Informationen konfrontiert. Neue, mobile IT-Systeme sollen helfen, Wertschöpfungsprozesse so umzugestalten, dass die wachsende Fertigungskomplexität besser beherrscht werden kann. Schnellere Entscheidungsprozesse und effizientere Fehlerbehebung ermöglichen so weit reichenden Kosten- und Zeitersparnissen sowie mehr Flexibilität in der Fertigung. Assistenzsysteme zur Produktionsführung müssen daher aus der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Daten die gerade benötigten Informationen bereitstellen sowie eine intuitive, nutzerfreundliche Bedienung und Anzeige ermöglichen. Bisher ist das nicht so ohne weiteres möglich, denn bereits bei der Datenerfassung in der Produktion treten die ersten Hürden auf: Die Maschinen unterschiedlichen Alters und verschiedener Hersteller sprechen – was die Datenausgabe angeht – auch unterschiedliche Sprachen. Um eine standardisierte Datengewinnung sicherzustellen, arbeiten die Wissenschaftler daher an einer Art Übersetzer.  Die dann gesammelten Maschinendaten fließen mit Kennwerten aus der Gebäudeleittechnik, der Logistik und relevanten betriebswirtschaftlichen Parametern zusammen, werden miteinander verknüpft und zu nützlichen Information aufbereitet, um den Anwender in der Produktion zu unterstützen. „Denn ein Fertigungsleiter benötigt andere Informationen als ein Maschinenbediener oder Instandhalter“, so Andreas Schlegel, Abteilungsleiter Unternehmensmanagement am Fraunhofer IWU. „Unser Ziel ist es, die richtige Information, zur richtigen Zeit am richtigen Ort verfügbar zu machen“. Dafür wurde bereits eine Software für mobile Endgeräte entwickelt. Terminals an verschiedenen Maschinen in der E3-Forschungsfabrik bieten dem Anwender in Echtzeit Maschinen- und Prozessdaten. Per Drag&Drop stellt sich der Mitarbeiter die Informationen zusammen, die er gerade benötigt.

Steigende Variantenvielfalt und kürzere Produktlebenszyklen sind die Entwicklungstreiber in der Produktionstechnik. Insbesondere in der Automobilindustrie müssen hochkomplexe Produktionskapazitäten möglichst schnell auf neue bzw. veränderte Modelle ausgelegt werden, um den Marktanforderungen zu entsprechen. Je höher der Automatisierungsgrad, vor allem in Fertigungsabschnitten die eine hohe Präzision erfordern, desto zeitintensiver die Einrichtung neuer Produktionsanlagen und desto größer die Gefahr von Fehlerquellen. Fehler in der Fertigung führen jedoch zu zeit- und kostenintensiven Produktionsunterbrechungen. Durch die Entwicklung intelligenter Software-Assistenzsysteme und deren direkte Anbindung an innovative Anlagentechnik können Qualitätsregelkreise verkürzt und notwendige Korrekturen durch das Anlagenpersonal signifikant vereinfacht werden. Der Mensch wird in seiner Rolle als kreativer Problemlöser noch effizienter unterstützt. Das ist vor allem beim Einbau der Türen und Seitenteile von Bedeutung. Hier zählt Genauigkeit im Zehntelmillimeter-Bereich, damit das Spaltmaß am fertigen Automobil exakt mit den Vorgaben übereinstimmt. Doch ein noch nicht fest verschweißte Bauteil ist ein instabiles Gebilde – justiert man es an einer Stelle, biegt sich eine andere durch. Ein komplexer Prozess bei dem vor allem auch die Erfahrung der Mitarbeiter zählt. Der Wechsel auf ein neues Modell dauert entsprechend teilweise mehrere Monate. Die Prozess soll nun von einem IT-System unterstützt werden. Dem Mitarbeiter werden dabei Vorschläge zur optimalen Justierung unterbreitet. „Mit dem Justageassistent wollen wir die Einrichtzeit im Anlagenanlauf von Monaten auf Tage, bei Fehlern im laufenden Betrieb die notwendige Nachjustage von Minuten auf Sekunden reduzieren“, so Marko Pfeifer, Abteilungsleiter Montagetechnik am Fraunhofer IWU.

 

Foto: Die richtige Information, zur richtigen Zeit, am richtigen Ort – in der Forschungsfabrik entstehen Lösungen für die kontextbasierte Informationsbereitstellung in der Produktions- und Fabrikumgebung.

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