Hannover Messe: Wie sieht die Fabrik der Zukunft aus?

Hannover – In der Fabrik der Zukunft sollen mit ultrakurzen Prozessketten Material, Energie und Zeit in der Produktion eingespart werden. Wie das genau funktioniert, wird das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) aus Chemnitz auf der Hannover Messe 2015 zeigen.

Es sind die ersten Ergebnisse aus der "E³-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion". Auch der Automobilbau der Zukunft steht dabei im Fokus: Ein intelligentes, selbstlernendes Softwaresystem unterstützt den Werksarbeiter bei der Einrichtung und Justage von Karosseriebauanlagen. Die Nutzbarmachung von Informationen in der Produktionsumgebung ist ein drittes Schwerpunktthema: Die Wissenschaftler wollen zeigen, wie mobile Endgeräte zur Optimierung von Produktionsprozessen beitragen.

Automobilbau: Leichtbau spart Sprit
Knapp ein Jahr nach Eröffnung der „E³-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion“ am Fraunhofer IWU in Chemnitz stellen die Forscher und Ingenieure ihre ersten Ergebnisse vor. In der Modellfabrik wird in den Kompetenzbereichen „Antriebsstrang“, „Karosseriebau“ sowie „Daten- und Energiemanagement“ in enger Partnerschaft mit der Industrie an wettbewerbsfähigen Lösungen für die Produktion der Zukunft gearbeitet.

Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts 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, werde im Automobilbau weiter an innovativen Lösungen für Leichtbaukonzepte geforscht. „Jedes gesparte Kilogramm schlägt sich direkt in einem geringeren Kraftstoffverbrauch nieder“, heißt es in der Mitteilung des Fraunhofer IWU

Umformen statt drehen, bohren und fräsen
Konventionell erfolgt die Fertigung dieser Bauteile in den Prozessschritten Schmieden, Drehen und Bohren, Abwälzfräsen, Wärmebehandlung, Hartfeinbearbeitung sowie Festigkeitsstrahlen. In der neuen Prozesskette werden material-, zeit- und kostenintensive Zerspanprozesse wie das Tieflochbohren und das Abwälzfräsen durch ressourceneffiziente Umformprozesse, wie dem am Fraunhofer IWU entwickelten Bohrungsdrücken und dem Verzahnungswalzen, ersetzt. Materialverlust in Form von Metallspänen entfällt weitestgehend. Bisher konnten 12,5 Prozent des benötigten Materials eingespart werden. Der Materialausnutzungsgrad vom Stangenabschnitt zum Fertigprodukt wurde zudem um 6,5 Prozent gesteigert. Doch damit seien die Leichtbaupotentiale 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. Durch Nutzung unserer innovativen Umformtechnologien, kombiniert mit belastungsgerechtem Bauteildesign, ist für gewisse Bauteilklassen eine Materialeinsparung von bis zu 30 Prozent zu erwarten“, erklärt Projektleiter Dr. Udo Hellfritzsch.

Daten- und Energiemanagement: Erfolgsfaktor Mobile IT
Die Fachkräfte werden in ihrem Arbeitsalltag mit immer mehr Daten und Informationen konfrontiert. Durch Integration von Mobile IT-Systemen können Wertschöpfungsprozesse so umgestaltet werden, dass neue Geschäftsmodelle entstehen und die wachsende Fertigungskomplexität besser beherrscht werden kann, teilt das Fraunhofer IWU mit. Schnellere, dezentrale Entscheidungsfindung und effizientere Fehlerbehebung sollen zu weit reichenden Kosten- und Zeitersparnissen sowie zu mehr Flexibilität in der Fertigung führen. 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.

Fraunhofer IWU entwickelt „Plant-Adapter“
Um eine standardisierte Datengewinnung sicherzustellen, arbeiten die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU daher an einer Art Übersetzer: einem flexibel erweiterbaren „Plant-Adapter“. Dieser intelligente Konnektor soll die herstellerseitig unterschiedlichen Schnittstellen der Maschinen zentral ansteuern und erweitern. Die Datenerfassung und -aufbereitung erfolgt in der am Institut entwickelten Fabrik-Cloud, der sogenannten „Linked Factory“. Die 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. Es stelle sich die Frage, in welcher Form die gerade benötigen Informationen aus dieser Cloud dann zum Mitarbeiter gelangen. „In der kontextbasierten Bereitstellung liegt der Schlüssel“, erklärt Dr. Andreas Schlegel, Abteilungsleiter Unternehmensmanagement am Fraunhofer IWU, „denn ein Fertigungsleiter benötigt andere Informationen als ein Maschinenbediener oder Instandhalter. Unser Ziel ist es, die richtige Information, zur richtigen Zeit am richtigen Ort verfügbar zu machen.“

Zu den weiteren Ansätzen der Zukunftsfabrik zählt ein selbstlernendes Software-Assistenzsystem zur automatischen Justage von Karosseriebauvorrichtungen.

© IWR, 2015