Inhalte der Online-Ausgabe 1/2-2023

Energie- und Ressourcen­effizienz im Fokus

M. Weigold – Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW), Technische Universität Darmstadt

Liebe Leserinnen und Leser, mit Freude begrüße ich Sie zur ersten Ausgabe der Werkstatttechnik online für das Jahr 2023, bei der wir gemeinsam mit den Kolleg:innen aus Stuttgart das Thema der Energie- und Ressourceneffizienz in den Fokus setzen. S. 1

Arten der Ressourcenverschwendung in der Produktion

A. Weyand, S. Seyfried, M. Weigold; P. Schraml, M. Beck – PTW, TU Darmstadt; ETA-Solutions GmbH, Bensheim

Angesichts der sich weiter zuspitzenden Klimakrise gilt es unnötige Verbräuche von Ressourcen in der Produktion zu vermeiden. Basierend auf den Lean-Verschwendungsarten werden in diesem Beitrag sogenannte Ressourcenverschwendungsarten erarbeitet, die typische Stellen der Verschwendung von Ressourcen in produzierenden Unternehmen klassifizieren. Diese können als Grundlage dienen, um geeignete Maßnahmen zur Eliminierung von Ressourcenverschwendung umzusetzen. S. 2

Automatisierte Auslegung von industriellen Wärmepumpen

B. Seyed Sadjjadi, L. Schmiedel, A. Sauer – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP), Universität Stuttgart

Im Zuge der Dekarbonisierung industrieller Produktionssysteme spielt die Elektrifizierung von Prozessen eine wichtige Rolle. Wärmepumpen nehmen dabei aufgrund ihres Funktionsprinzips und der resultierenden Effizienz eine Schlüsselposition ein. Die vergleichsweise komplizierten Einbindungskonzepte und der geringe Bekanntheitsgrad hemmen die weitere Ausbreitung in der Produktion. Dieser Beitrag stellt ein Planungs- und Bewertungstool für Wärmepumpen vor, welches in Produktionssystemen genutzt werden kann. S. 7

Methodisches Vorgehen zur Energiesystemplanung

A. Emde; F. Schnell, A. Sauer – Fraunhofer IPA, Stuttgart; Institut für EEP, Uni Stuttgart

Dieser Beitrag beschreibt ein methodisches Vorgehen zur Energiesystemplanung. Das Anwendungsziel ist die Optimierung der Energiesystemplanung von Brownfield- und Greenfield-Fabriken unter Berücksichtigung unternehmensspezifischer KPIs wie CO₂-Neutralität, Klimaneutralität und Autarkie. Außerdem werden Methoden zur Erzeugung der Datengrundlage vorgestellt, da repräsentative Lastprofile die wesentliche Grundlage zur sinnhaften Planung von Energiesystemen bilden. Abschließend wird ein Anwendungsfall in einem Unternehmen vorgestellt. S. 13

Benchmarking in der Galvanotechnik

V. Lampret, S. Kölle, E. Köse, A. Sauer – Fraunhofer IPA, Stuttgart, Institut für EEP, Uni Stuttgart

Steigende Energiekosten und ambitionierte Klimaschutzziele erhöhen den Handlungsbedarf, die Energieeffizienz zu steigern. Um einen Vergleich und eine Entscheidungshilfe von Energieeffizienzmaßnahmen für die energieintensive Galvanobranche zu schaffen, wurde ein Energie- und Ressourcen­effizienzbenchmark durchgeführt. Herausforderungen bei der Erhebung waren die Heterogenität der Galvanobranche sowie unterschiedliche Messinfrastrukturen. Dennoch ist es gelungen, einen Vergleich zu schaffen und Handlungsbedarfe sowie Maßnahmen zur Erhöhung der Energie- und Ressourcen­effizienz zu identifizieren. S. 18

Virtuelle Prozesssimulation einer CNC-Maschine

O. Kohn, J. Frenzel, E. Sarikaya, M. Weigold – PTW, TU Darmstadt

Innovative Ansätze bei der Prozessplanung und -optimierung mittels digitaler Zwillinge erfordern leistungsfähige Simulationen für Werkzeugmaschinen. Die Entwicklung einer solchen Simulation für ein 3-Achs-Vertikal-Bearbeitungszentrum wird hier als hybride Multi-Domain-Simulation in „Modelica“ implementiert und experimentell validiert. Dabei ist das Ziel die berechneten Kenngrößen im Kontext aktueller Entwicklungen, wie zum Beispiel belastungsorientierter Bezahlmodelle bereitzustellen. S. 24

Einsatz von KI bei der Prozessvorhersage für Bandsägen

T. Tandler, T. Hirth, R. Eisseler, T. Stehle, H.C. Möhring – Institut für Werkzeugmaschinen IfW, Universität Stuttgart

Häufig ist der Trennprozess von Halbzeugen mittels Bandsägen der erste Schritt in der Teilefertigung. Aufgrund bisher fehlender simulativer Untersuchungen wurden die Bearbeitungs­parameter für diesen Prozess meist aufwendig experimentell ermittelt. Mit Analogieversuchen, die den zugrunde liegenden Prozess weitestgehend abdecken und mit viel geringerem Aufwand durchgeführt werden können, kann dies effizienter gestaltet werden. Der Beitrag untersucht, wie diese Versuche durch künstliche Intelligenz (KI) unterstützt und sich die Anzahl notwendiger Versuche reduzieren lassen. S. 29

SmartLab vernetzt Produktionsmaschinen

M. Schneider, V. Meier, T. Stehle, H.-C. Möhring – IfW, Uni Stuttgart

Am Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart wurde die digitale Vernetzung eines heterogenen Maschinenparks mit Bestands- und Neumaschinen verschiedener Hersteller im Versuchsfeld der Holz- und Verbundwerkstoffbearbeitung umgesetzt. Selten lassen sich digitale Prozessketten bei einem KMU auf der „grünen Wiese“ implementieren, da die dafür notwendige Infrastruktur meist nicht vorhanden ist. Aus diesem Grund wurde der „Brownfield-Ansatz“ mit dem Ziel verfolgt, Studierenden und Unternehmen der Branche die Möglichkeit zu geben, „Connectivity“-Technologien an Bestands- und Neuanlagen zu erforschen. S. 36

End-to-End-Prozessautomatisierung

S. Rieck, J. Heidelbach, T. Stahl – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Durchgängige, automatisierte Prozesse können Prozesskosten um 30 bis 40 Prozent senken und Durchlaufzeiten signifikant verkürzen. Der vorliegende Beitrag zeigt anhand eines siebenstufigen Vorgehens, wie automatisierte Prozesse umgesetzt werden. Dazu werden die Stufen (wie Aufnahme, Optimierung, Automatisierung und Monitoring) inklusive möglicher Methoden und Technologien dargestellt. Neben Robotic Process Automation (RPA) kommen hierbei Process Mining und Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) zum Einsatz. S. 42

Referenzieren von Prozessüberwachungsdaten mit CT-Daten

J. Harbig, H. Merschroth, M. Weigold; J. Geis, E. Kirchner; J. Musekamp, M. Oechsner; P. Sperling – PTW; Institut für Produktentwicklung und Maschinenelemente pmd; Staatliche Materialprüfungsanstalt Darmstadt und Institut für Werkstoffkunde, TU Darmstadt; Volume Graphics GmbH, Heidelberg

Die Qualitätssicherung beim pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen (PBF-LB/M) ist kostenintensiv und eine der großen Barrieren für eine breite industrielle Anwendung. Neue Ansätze der digitalen Qualitätssicherung durch Überwachungs­systeme sollen dieses Problem lösen. Um diese Systeme für die lokale Fehlererkennung auslegen zu können, wird eine Methode zur Verknüpfung von Prozessüberwachungs­daten mit einer CT-Visualisierung der Probe vorgestellt. S. 48

Lean-Line- und Flex-Abschnitte

S. Kärcher, D. Ranke, M. Trierweiler, P. Berkhan, T. Bauernhansl – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Matrixproduktionssysteme haben eine hohe Flexibilität bei gleich­zeitig hoher Produktivität. Sie bestehen aus frei anfahrbaren Prozess­modulen. Bei großen Produkten, vielen Montageschritten und einer begrenzten Fläche ist die Planung dieser Prozessmodule aufgrund der vielen Freiheitsgrade und Restriktionen noch sehr aufwendig. In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, die den Planungs­aufwand durch eine Zuordnung der Prozesse zu Lean-Line- und Flex-Abschnitten reduziert. S. 57

Laserstrukturierung von Rührreibschweißwerkzeugen

S. Stribick, S. Akcara, E. Dieringer – Fraunhofer IPA, Stuttgart; Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Universität Stuttgart

Das Kunststoff-Rührreibschweißen ist aufgrund von hohen Schweißnahtfaktoren und Oberflächengüten von großem Interesse. Dennoch sind die bisher möglichen Vorschubgeschwindigkeiten begrenzt. Vorangegangene Untersuchungen zeigten ein Verbesserungspotenzial durch eine gezielte Werkzeugoberflächengestaltung. Im Rahmen dieses Beitrages werden systematisch der Einfluss verschiedener Laserstrukturen auf die Verfahrgeschwindigkeit und Festigkeiten der Schweißnähte beim Rührreibschweißen näher untersucht. S. 59

Bottom-Up Lastprognose im industriellen Kontext

L. Baur, C. Kaymakci, A. Sauer – Fraunhofer IPA, Stuttgart; Institut für EEP, Uni Stuttgart

In Zeiten volatiler und steigender Energiepreise gewinnt die Lastprognose als Entscheidungsgrundlage zunehmend an Bedeutung. Die fortschreitende Digitalisierung erlaubt zudem ein detailliertes Aufzeichnen von Verbrauchsdaten auf mehreren Abstraktionsebenen. In diesem Beitrag werden zwei Ansätze, die eine Messzählertopologie in die Prognose integrieren, mit dem Standardansatz auf Hauptzählerebene verglichen. Die Ergebnisse auf den Unternehmensdaten motivieren für einen flächendeckenden Einsatz. S. 65

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