Biointelligenz - Neue Chancen für eine nachhaltige industrielle Wertschöpfung

Robert Miehe, Johannes Full, Thomas Bauernhansl und Alexander Sauer

Die fortschreitende Digitalisierung verändert etablierte Wertschöpfungssysteme der industriellen Produktion bereits heute massiv. Es wird aber mehr und mehr offensichtlich, dass die Einführung von Cyber-Physischen Systemen zur Vernetzung industrieller Produktionsressourcen nicht ausreicht, um essenzielle Herausforderungen der Gesellschaft zu meistern. Die Ressourcenverknappung, der Klimawandel, die veränderte Rolle des Menschen in der Gesellschaft und am Arbeitsplatz, aber auch die Komplexität in Unternehmen mit neuen Geschäftsmodellen erfordern die ergänzende systematische Anwendung von Wissen über natürliche Prozesse. Die Natur kann bei der Optimierung der industriellen Leistungserstellung Pate stehen. Die sogenannte Biologische Transformation der industriellen Wertschöpfung, ein neues Paradigma, das die Digitale Transformation im Rahmen von Industrie 4.0 ergänzen soll, wird Biointelligente Systeme erfordern. Die Fraunhofer Gesellschaft hat, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), in diesem Zusammenhang die hier ausschnitthaft präsentierte Voruntersuchung BIOTRAIN durchgeführt.

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Produktionssysteme

Mensch-Roboter-Kollaboration in der Flugzeugendmontage

Frederik Schmatz, Jens Meißner, Jan Sender, Wilko Flügge und Eugen Gorr

Viele Montageprozesse im Flugzeugbau laufen manuell ab. In der Endmontage der Airbus A320-Familie werden unter anderem die Längsstreben, sogenannte Stringer, am Querstoß zweier benachbarter Flugzeugrumpfsektionen über Stringerkupplungen miteinander verbunden. Hierfür werden derzeit herkömmliche Vollniete eingesetzt. Zukünftig wird hier ein Wechsel auf Vollstanzniete angestrebt. Aufgrund hoher Prozesskräfte beim Stanznieten weisen die Werkzeuge ein hohes Eigengewicht auf, wodurch die Montage zu hohen physischen Belastungen der Mitarbeiter während der manuellen Handhabung führen würde. Ein innovatives Assistenzsystem auf Basis eines kollaborierenden Roboters soll Abhilfe schaffen. Durch eine intelligente Steuerung soll es darüber hinaus die Qualitätssicherung maßgeblich unterstützen. Das System ist Gegenstand dieses Beitrags.

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Dynamisierung von Planungsaufgaben auf Automobilterminals - Potenziale selbststeuernder logistischer Prozesse zur Flexibilisierung der Flächenmasterplanung

 

Michael Görges und Michael Freitag

In den vergangenen Jahren konnte weltweit eine kontinuierliche Steigerung der Fertigfahrzeugumschlagsmengen beobachtet werden. Im Zuge der globalen Vernetzung der Fahrzeugdistributionsnetzwerke spielen Seehäfen für den Umschlag von Fertigfahrzeugen als Knotenpunkte der Logistikkette eine entscheidende Rolle. Auf Autoterminals werden neben dem reinen Umschlag der einzelnen Verkehrsträger (Seeschiff, Bahn und LKW) und der Lagerung von Fahrzeugen auch zusätzliche wertschöpfende Tätigkeiten in Form von technischen Bearbeitungen zur Anpassung an die Bedürfnisse der jeweiligen Zielmärkte vorgenommen. Aus dem Zusammenspiel dieser Prozesse resultiert ein komplexes Prozessgeflecht mit vielfältigen Planungs- und Steuerungsaufgaben, welches einer starken systeminhärenten Komplexität und Dynamik unterliegen kann [1]. Bestehende Planungsansätze können diese volatilen Rahmenbedingungen oftmals nicht adäquat berücksichtigen und weisen folglich Effizienzsteigerungspotenziale auf. Dieser Beitrag zeigt den Bedarf nach neuen Ansätzen auf, indem zunächst die wechselseitigen Interdependenzen zwischen den Aufgaben der Terminalplanung systematisch beschrieben werden. Hierauf aufbauend wird die zentrale Rolle der Flächenmasterplanung für die Gesamtplanung herausgearbeitet. Als Lösungsansatz wird die Dynamisierung der Flächenmasterplanung mittels selbststeuernder logistischer Prozesse vorgestellt und diskutiert.

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Digitalisierung

The Digital Twin Theory - Eine neue Sicht auf ein Modewort

Andreas Deuter und Florian Pethig

Im digitalen Zwilling wird ein wesentliches Mittel für Produktivitätssteigerungen im Zeitalter der industriellen Digitalisierung gesehen. Daher beschäftigen sich zahlreiche Publikationen mit diesem Begriff. Dieser Beitrag zeigt zunächst die Ursprünge des Begriffs und setzt sich mit ausgewählten Definitionen auseinander. Diese unterstützen allerdings wenig bei der praktischen Implementierung von digitalen Zwillingen, da sich die Definitionen zum Teil stark unterscheiden. Als Alternative zu einer klassischen Definition wird daher ein Theoriemodell vorgeschlagen, das Annahmen über den digitalen Zwilling enthält. Dieser neuartige Denkansatz soll helfen, das Management von digitalen Zwillingen in der Praxis zu verbessern.

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Produktionssysteme

MES-Betriebsmittelintegration aus Anwendersicht - Eine praxisbezogene Analyse in produzierenden Unternehmen am Beispiel eines Laser-Assistenzsystems

Ralf Müller-Polyzou, Lucas Meyer und Anthimos Georgiadis

Das Zusammenwirken von Manufacturing Execution Systemen (MES) und Betriebsmitteln gilt im Sinne der Flexibilität und Wandlungsfähigkeit der Produktion als Voraussetzung für die Smart Factory der Industrie 4.0. Der Beitrag beschreibt die praxisbezogene Analyse einer MES-Betriebsmittelintegration am Beispiel eines industriellen Laser-Assistenzsystems zur Werkerführung. Die Situation und Anforderungen aus Anwendersicht werden unter Berücksichtigung der eingesetzten Systeme, Schnittstellen, Protokolle sowie von Plug & Produce untersucht. Die Ausarbeitung basiert auf einer qualitativen Analyse mit Meinungsbildnern und einer quantitativen Analyse mit führenden Unternehmen unter anderem der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Die Studie leistet damit eine Hilfestellung für MES-Investitionen in der Industrie 4.0.

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Digitalisierung

Digitalisierung im Engineering - Ein Ansatz für ein Vorgehensmodell zur durchgehenden, arbeitsteiligen Modellierung am Beispiel von AutomationML

Eike Schäffer, Lars Penczek, Andreas Mayr, Jupiter Bakakeu, Jörg Franke und Bernd Kuhlenkötter

Die Digitalisierung im Engineering verspricht automatisierte Arbeitsabläufe, höhere Geschwindigkeiten und sinkende Kosten bei der Entwicklung von Automatisierungslösungen. Voraussetzung hierfür ist nicht nur die Modularisierung auf Basis einer strukturierten Beschreibungssprache, sondern auch eine einheitliche, aufeinander aufbauende Modellierung, welche einen automatisierbaren Datenaustausch über die Systemgrenzen hinweg ermöglicht. Um eine breite Anwendung zu erzielen, sollte die zugrundeliegende Ontologie auf bestehenden Normen und Standards aufbauen und in Open-Source-Anwendungen zur Verfügung stehen. Für die kollaborative und konsistente Entwicklung einer solchen Ontologie bedarf es eines strukturierten, methodischen Vorgehens sowie einer damit verbundenen Modellierungslandkarte, welche als Orientierung zur standardisierten, arbeitsteiligen Modellierung dient. Ein möglicher Ansatz für das benötigte Vorgehensmodell sowie der zugehörigen Landkarte wird im Rahmen dieses Beitrags vorgestellt und unter Verwendung von AutomationML validiert. Der vorgestellte Ansatz soll eine mögliche Richtung aufzeigen und weitere prozessgesteuerte Modellierungsbestrebungen von Ontologien anregen.

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