TITELTHEMEN: INDUSTRIE 4.0 – DIGITALE FABRIK – AUTOMATISIERUNG 29.03.2022, 15:31 Uhr

Inhalte der Online-Ausgabe 3-2022

Produktion im Strukturwandel

J. Schilp – Lehrstuhl für Produktionsinformatik der Universität Augsburg; Fraunhofer-Einrichtung für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Augsburg (Editorial)

Material- und Energiepreise auf Rekordniveau, instabile Lieferketten sowie geringe Ressourcenverfügbarkeiten nicht nur bei Halbleitern: diese Herausforderungen der produzierenden Unternehmen in Industrie und Handwerk sind, wie seit Langem nicht mehr, auch für den Kunden spürbar. Ist die Digitalisierung der Produktion noch nicht so weit, um die Performanz und Produktivität in globalen Produktionsnetzwerken zu stabilisieren beziehungsweise in Zukunft für ein Mehr an Wettbewerbsfähigkeit weiter zu steigern? S. 107

Virtuelle Absicherung sym­biotischer Montagesysteme*

T. Neuhäuser, D. M. Ott, A. Hohmann, J. Schilp; F. Koerfer – Fraunhofer-IGCV, Augsburg; MAN Truck & Bus SE, München

Zur Erreichung der Klimaziele hat die europäische Kommission eine Senkung der CO2-Emissionen für Lastkraftwagen fest­gelegt. Nutzfahrzeughersteller stehen damit vor der Heraus­forderung zeitnah elektrische Lkw anbieten zu müssen. Um dieser Herausforderung mit wettbewerbsfähigen Produktionskonzepten zu begegnen, wird ein Vor­gehensmodell zur virtuellen Absicherung symbiotischer Montage­systeme vorgestellt, welches die gemeinsame Herstellung elektrischer und konventioneller Lkw ermöglicht. S. 108

Merkmalsableitung aus Smart Services*

T. Stahl, M. Beisswenger, F. Mayer, T. Bauernhansl – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart

Unternehmen verfolgen ambitionierte Ziele zur Umsetzung einer smarten Fabrik. Die Implementierung von „Smart Services“ in der smarten Fabrik erfordert eine ausreichende Datenbasis im digitalen Zwilling. Mit dem Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 werden Daten in Verwaltungsschalen gebündelt. Unternehmen liegen oftmals Smart-Service-Geschäftsmodelle vor. Jedoch fehlt das Wissen, wie Anforderungen an die Verwaltungsschale aus Smart Services abgeleitet werden. In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, um Teil­modelle für die Verwaltungsschale auf Basis von Smart Services zu entwickeln. S. 114

Wissensgestützte Parametrierung von Simulationen*

K. Vernickel, J. Schilp – Fraunhofer IGCV, Augsburg

Ereignisdiskrete Simulationsmodelle im betriebsbegleitenden Einsatz der Produktion werden genutzt, um die Ausbringungsmenge oder die benötigten Komponenten innerhalb eines bestimmten Zeitraums vorherzusagen. Für valide Simulationsergebnisse muss die Simulation die Realität ausreichend genau abbilden. Das vorgestellte System (MWS4SimPar) nutzt einen datengesteuerten Ansatz zur Erkennung von Abweichungen zwischen Simulation und realem System sowie ein Wissensmanagement, um die Abweichungen anzupassen. S. 122

Toolbox Lean 4.0 für das Industrial Engineering*

S. Schumacher, R. Hall, A. Bildstein, T. Bauernhansl – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Ganzheitliche Produktionssysteme 4.0 (GPS 4.0) bringen neue Komplexität in das Management von Methoden und Werkzeugen für das Industrial Engineering. In diesem Beitrag wird ein systematischer Ansatz für das Management des ausführbaren Teils von GPS 4.0 vorgestellt: ein Methoden- und Werkzeug­katalog. Diese Toolbox Lean 4.0 wurde als Datenbank mit mehreren hundert Elementen aus relevanten Quellen prototypisch implementiert und bietet eine Systematik zur Unterstützung des Industrial Engineering. S. 127

Systemanalyse der Wertstromlogistik*

R. Ungern-Sternberg, C. Leipoldt, K. Erlach – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Die Wertstromlogistik widmet sich der Adaption der Wertstrom­methode auf die Intralogistik. Dieser Beitrag stellt die Analyse des logistischen Systems vor. Aufbauend auf der Analyse der Material­bereitstellung für einzelne Produktionsprozesse beschreibt er die Erstellung der Systemsicht und führt eine symbolische Darstellung der Kennzahlen ein. Das Ergebnis ist eine Übersicht des logistischen Systems zur Identifikation von Potenzialen. Eine Fallstudie demonstriert die praktische Anwendung. S. 132

Arbeitsgesundheit mit digitalen Exoskeletten*

M. Tröster, V. Kopp, M. Holl, U. Daub, C. Maufroy, U. Schneider, T. Bauernhansl – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Muskel-Skelett-Erkrankungen und der demografische Wandel sind Treiber für die sensibilisierte Betrachtung von körperlich anspruchsvollen Arbeitsplätzen. Industrielle Exoskelette versprechen flexible Entlastung. Eine differenzierte Anwendungsanalyse ist die Basis für eine erfolgreiche Implementierung. Die vorgestellte digitale Methode erweitert die „IPA Ergo-­Solution“ bei Exoskelett-Pilotstudien mithilfe biomechanischer Modelle. Wirksamkeiten lassen sich vorab basierend auf echten Anwendungsdaten überprüfen und liefern eine objektive Datengrundlage für ergonomische Potenziale. S. 137

Menschenorientiertes Engineering*

H. Anacker, M. Günther – Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik (IEM), Paderborn

Bei der Entwicklung von Produkt- und Produktionssystemen arbeiten unterschiedliche Individuen zusammen. Sowohl zwischen ihnen als auch in den Systemen selbst kommt es zu komplexen Wechselwirkungen. Diese gilt es mit innovativen Ansätzen und Technologien besser zu beherrschen. Trotz all der neuen zumeist technologischen Möglichkeiten im Engineering müssen dabei die Menschen im Mittelpunkt stehen. In diesem Beitrag nähern sich die Autoren den Gründen und stellen erfolgversprechende Stoßrichtungen vor. S. 142

Zusammenspiel von unterschiedlichen Systemen im Systemverbund eines Produktionssystems. Grafik: Fraunhofer IEM

Projektionsbasierte Assistenz in der Montage*

T. Pfeifroth, M. Dietsch, R. Mahlandt – Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen

Die manuelle Montage ist zunehmend mit einer hohen Variantenvielfalt und kleinen Losgrößen konfrontiert. Sie muss eine ausgeprägte Flexibilität aufbringen, um den hohen Qualitätsstandards und individuellen Kundenanforderungen zu genügen. Um die Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen bei den stetig komplexer werdenden Tätigkeiten zu unterstützen, kommen diverse Werkerassistenzsysteme zum Einsatz. Projektions­basierte Assistenzsysteme wie die Laser- oder Beamer­projektion ermöglichen eine kontextsensitive Informationsbereit­stellung direkt auf dem Bauteil und dem Arbeitsplatz. S. 146

Wirtschaftlich automatisieren

W. Kraus – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Seit einigen Jahren verfolgt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA das Ziel einer „Automatisierung der Automatisierung“. Softwarelösungen und neue Konzepte sollen – unterstützt durch maschinelle Lernverfahren – helfen, Anwendungen im Produktionsumfeld schneller, flexibler und autonomer einrichten und umrüsten zu können. S. 151

Prozessdigitalisierung von Bestandsanlagen*

F. Wilhelm, A. Wedel, J. Wilfert, M. Holland – Fraunhofer IGCV, Augsburg

Ausgehend vom Faserverbundfertigungsprozess „Pultrusion“ wurde eine Softwarearchitektur zur Digitalisierung von meist manuellen Fertigungsschritten entwickelt. Um persönliches Wissen für jeden Anwender zugänglich zu machen, die Rüst- und Inbetriebnahmezeiten zu beschleunigen beziehungs­weise strukturierte Daten und Informationen der Fertigung zu gewinnen, wurde eine ganzheitliche digitale Toolchain für die Planung, Einrichtung und den Betrieb von Bestands­anlagen aufgebaut. S. 154

Energieorientierte Leitsteuerung mobiler Roboter*

C. Härdtlein, F. Karg, J. Berger, J. Schilp – Fraunhofer IGCV, Augsburg

Mobile Roboter können durch ihre hohe Anpassungsfähigkeit und Ortsunabhängigkeit zur Flexibilisierung der Produktion beitragen. In der Praxis wird die Einsatzplanung über Flottenmanagementsysteme ohne Berücksichtigung des auftragsspezifischen Energiebedarfs durchgeführt. Die Kenntnis darüber führt aber zu einer Erhöhung der Verfügbarkeit und Energieeffizienz sowie zu einer Verbesserung der Disposition. In diesem Beitrag werden Strategien zur energieorientierten Leitsteuerung mobiler Roboter vorgestellt und simulativ bewertet. S. 161

Untersuchungen von Venti­latoren zur Späneabsaugung*

M. Lorenz, J. Burkhardt, R. Müllner, C. Birenbaum – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Bei der Fertigung von Holzerzeugnissen entstehen Späne, die prozesssicher abgeführt werden müssen. Eine optimierte Späneerfassung führt zu einer Verbesserung der Produktivität, zur Wahrung der Gesundheit der Beschäftigten und trägt zum Explosionsschutz bei. Der Beitrag untersucht werkzeugnahe Absaugsysteme zur Späneerfassung bei der Holzbearbeitung. Mithilfe numerischer Simulationen wurde der Einfluss von fertigungs- und strömungsbedingten Eingangsgrößen auf verschiedene Zielgrößen ermittelt. S. 166

Erklärbare KI für produktionstechnische Anwendungen*

M. K. Kick, C. Stadter, T. Weiß, M. F. Zäh; M. Backenstos – Technische Universität München, Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Garching bei München; DatenBerg GmbH, Karlsruhe

Die optische Kohärenztomografie erlaubt eine Überwachung der Einschweißtiefe beim Laserstrahlschweißen während des Prozesses. Um die Messungen zu validieren, sind Computer­tomographie-Aufnahmen unerlässlich. Abhängig vom Werkstoff ist – unter Umständen – eine visuelle Segmentierung der Schweißnaht kaum möglich. Dagegen können künstliche neuronale Netze die Schweißnaht zuverlässiger als der Mensch identifizieren. Durch Erklärbarkeitsansätze kann die Prädiktion transparent gemacht und dafür verantwortliche Merkmale identifiziert werden. S. 173

Methodik zur Umrüstung von Produktionsmaschinen*

J. Knapp, P. D. Righetti, D. A. Schaab, A. Sauer – Universität Stuttgart, Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP)

Die Gesellschaft strebt nach nachhaltiger Energieversorgung und einem effizienten Netz. Um die Energieeffizienz in Gleichstrommikronetzen zu steigern, müssen Antriebsumrichter direkt, also ohne Wandlung, an das Gleichstromnetz angeschlossen werden können. Diese Anpassung muss über die Komponenten- und Maschinenhersteller erfolgen, die aufgrund der aktuellen Nachfrage noch keine Notwendigkeit für die Entwicklung neuer Produkte sehen. Für die Übergangs­phase wird in diesem Beitrag eine Methodik zur Umrüstung von Produktionsmaschinen auf den Betrieb in einem Gleichstrommikronetz entwickelt. S. 178

Leichte Werkzeuge für die Holzbearbeitung*

M. Schneider, T. Stehle, H. C. Möhring; H. Finckh, J. Sirtautas, A. Häusler, A. Dinkelmann, F. Fritz, T. Gresser – Universität Stuttgart, Institut für Werkzeugmaschinen IfW; Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung DITF, Denkendorf

Für das Umfangsplanfräsen werden heute Werkzeuggrund­körper aus Aluminium eingesetzt, die jedoch aufgrund der großen Durchmesser eine hohe Masse aufweisen. Neben der Werkzeugbeanspruchung infolge von Fliehkraftbelastung haben die Werkzeugmasse und Steifigkeit einen wesentlichen Einfluss auf die dynamischen Eigenschaften der Werkzeuge, die Produktivität des Bearbeitungsprozesses sowie auf die erzeugte Oberflächenqualität des Holzproduktes. Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung sehr leichter und steifer Werkzeuge aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Damit wird eine nachhaltige Drehzahlsteigerung und eine ver­besserte Oberflächenqualität ermöglicht. S. 182

Die Porosität eines Schleifwerkzeugs schon beim Mischen einstellen*

B. Denkena, B. Bergmann, T. Geschwind – Leibniz Universität Hannover,Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen IFW

Die Kenntnis der Wechselwirkung zwischen dem Herstellprozess von Schleifwerkzeugen, insbesondere beim Mischen der Pulver, und dem Einsatzverhalten, erlaubt eine bedarfsgerechte, kundenspezifische Auslegung von Schleifwerkzeugen. Dies gestattet frühzeitig in der Prozesskette die Eigenschaften von Schleifwerkzeugen einzustellen, was zu einer signifikanten Verringerung des Aufwands bei der Entwicklung von angepassten Schleifwerkzeugen führt. Erste Ergebnisse zu diesen Untersuchungen werden in diesem Beitrag vorgestellt. S. 191

Experimentelle und analytische Untersuchungen*

H. Nebeling, H. Cheng – Hochschule Reutlingen

Die Charakterisierung und Beschreibung der komplexen Wechsel­wirkungen an der Zerspanstelle eines Bearbeitungszentrums beeinflusst die Qualität der hergestellten Bauteile. In diesem Beitrag wird die Messung und Beschreibung der Eigenfrequenzen unterschiedlicher Bearbeitungszentren in Abhängigkeit der bei der Bearbeitung verwendeten Werkzeuge und Bearbeitungsstrategien bezüglich der Auswirkungen auf die Stabilität hergeleitet. Dazu werden die gestellseitigen Resonanzfrequenzen analysiert. Ziel der Untersuchungen ist eine Beschreibung der dynamischen Eigenschaften zur Optimierung der NC-Programmierung. S. 196

* Bei den mit einem Stern gekennzeichneten Beiträgen handelt es sich um Fachaufsätze, die von Experten auf diesem Gebiet wissenschaftlich begutachtet und freigegeben wurden (peer-reviewed).

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