Inhalte der Online-Ausgabe 3-2023

Energie- und Ressourcen­effizienz im Fokus

T. Bauernhansl – Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Universität Stuttgart; Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Liebe Leserinnen und Leser der wt Werkstattstechnik online, unsere global angelegten Wertschöpfungssysteme mit komplexen weltumspannenden Lieferketten sind sehr störungsanfällig und führen häufig zu massiven Umweltproblemen sowie zu gesellschaftlichen Ungleichgewichten. Was wir brauchen, ist ein technologiebasierter Übergang zu einer dezentralen Herstellung kundenindividueller Produkte. Die technologische Basis für nachhaltige Produktionssysteme entsteht immer häufiger durch die Verschmelzung von Natur und Technik. Diese Biologische Transformation ergänzt die Digitale Transformation, die wir seit über zehn Jahren im Rahmen von Industrie 4.0 beobachten und vorantreiben. S. 71

Flexible Objektdetektion in 3D-Lidar-Scans

M. Willenbrink, D. Karelina, I. Effenberger – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Eine wachsende Zahl von Unternehmen setzt auf Digitalisierung, um ihre Prozesse zu optimieren und angesichts zunehmender Unsicherheiten resilienter zu werden. Die Erzeugung und Pflege der dazu eingesetzten digitalen Modelle ist aber mit hohem Aufwand verbunden. Eine flexible KI-basierte Objekt­erkennung, die nur geringe Ansprüche an die Datenbasis stellt und dem Anwender außerdem Korrekturmöglichkeiten bietet, kann als Schlüsseltechnologie helfen, die bestehenden Hindernisse zu überwinden und die Transformation zu effizienteren Prozessen zu beschleunigen. S. 72

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-6

UNA – Menschzentrierte Automatisierung

M. Köhler, D. Karelina – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Ein User Needs Assessment, kurz UNA, bietet die Möglichkeit, menschliche Bedürfnisse zu erfassen und zu analysieren. Im industriellen Kontext werden die Bedürfnisse der Mitarbeitenden selten berücksichtigt, was besonders bei der Einführung von Automatisierung oder künstlicher Intelligenz unzufriedene Mitarbeitende zur Folge haben kann und die Einführung unnötig erschwert. Im Nachfolgenden wird dieser Themenkomplex erläutert und eine Analysemöglichkeit vorgestellt. S. 77

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-11

Datenerhebung in der Batteriezellenproduktion

R. Lodwig, F. Schulz – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Das Technikum des Zentrums für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) bietet ein realitätsnahes Produktionsumfeld im Labormaßstab. Durch die umfassende Erhebung von Anlagen-, Prozess- sowie Umgebungsdaten und deren Verknüpfung bietet es die Basis zur Entwicklung und Validierung neuer Fertigungsverfahren. Dabei können sowohl Digitalisierungsansätze als auch Konzepte auf Maschinen- oder Prozessebene adressiert werden. Dieser Beitrag legt das Augenmerk auf die Anlagen der Zellassemblierung. S. 81

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-15

Laserstrahlschweißen in der Batteriezellproduktion

S. Grabmann, F. Harst, L. Mayr, M. Zäh – Technische Universität München, Institut für Werkzeug­maschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Garching bei München

Das Laserstrahlschweißen von Elektrodenstapeln für die interne Kontaktierung von Batteriezellen ist herausfordernd. Die geringe Dicke der Stromkollektorfolien und die hohe Wärmeausdehnung von Aluminium führen während des Prozesses zum Aufwölben und Ablösen der Folien. Der Einsatz von Nanosekunden-Laserpulsen ermöglicht das wärmearme Fügen von Aluminiumfolien mit dem Ableiter-Tab. Durch sequenzielles Schweißen einzelner Nahtabschnitte wurde das Aufwölben der Folien reduziert und es wurden homogenere Nahteigenschaften erzielt. S. 87

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-21

Relevanz von BIM in der Fabrikplanung

T. Neuhäuser, S. M. Spiegelsperger, A. Hohmann, R. Daub; K. C. Weist – Fraunhofer-Institut für Gießerei-, ­Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Augsburg; Technische Universität Dortmund, Lehrstuhl für Bau­betrieb und Bauprozessmanagement

Das produzierende Gewerbe in Deutschland befindet sich in einem zunehmend turbulenten Marktumfeld. Der Reaktions- und Anpassungsfähigkeit an neue Gegebenheiten kommt dabei eine immer entscheidendere Rolle zu. Um die notwendigen Anpassungen umzusetzen, steigt die Relevanz digitaler Methoden und Werkzeuge in der Fabrikplanung signifikant an. Welche Rolle die Methodik des Building Information Modeling hierbei einnehmen kann, wird in diesem Beitrag vorgestellt. S. 93

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-27

Hybridisierung bestehender Montagesysteme

D. Ott, B. Voringer, F. Bermpohl; F. Brungs; B. Bielefeld – Fraunhofer IGCV, Augsburg; MAN Truck & Bus SE, München; Hörmann Rawema Engineering & Consulting GmbH, Chemnitz

Infolge verschärfter Klimaziele stehen Hersteller von Nutzfahrzeugen vor der Herausforderung, neben dem bestehenden Portfolio zusätzlich elektrisch angetriebene Fahrzeuge zu produzieren. Aufgrund der ungewissen Nachfrage gilt eine Mischproduktion verschiedener Antriebsarten als wirtschaftliche Lösung. Um bestehende Montagelinien dafür zu befähigen, wird ein simulationsgestütztes Vorgehensmodell vorgestellt, welches die Planungsdauer und -kosten für hybride Montage­systeme reduzieren soll. S. 101

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-35

Evaluation von Data Analytics Anwendungsfällen

T. Stahl, F. Wurst, M. F. Huber – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Die Identifizierung und Bewertung von Anwendungsfällen im Bereich der Datenanalyse erfordert sowohl datenwissenschaftliche als auch fachliche Expertise, was Unternehmen oft vor Schwierigkeiten stellt. Aufgrund der Komplexität und des ungewissen wirtschaftlichen Nutzens möglicher datenanalytischer Anwendungsfälle gibt es Heraus­forderungen, die die Realisierung von Data Analytics Projekten erschweren. In diesem Beitrag wird eine Methode zur Identifizierung und Bewertung von Anwendungsfällen der Datenanalyse vorgestellt. S. 107

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-41

Produktionssteuerung additiver Prozessketten

F. Meister, A. Raber, J. Mück, C. Seidel – Fraunhofer IGCV, Augsburg

Bislang limitiert ein mangelnder Automatisierungs- und Digitalisierungsgrad den wirtschaftlichen Erfolg der additiven Serienproduktion. Bedingt durch Spezifika wie die gemeinsame Fertigung von Bauteilen im Batch liegt eine Herausforderung in der Produktnachverfolgung. Der Beitrag zeigt Ansätze der Rückverfolgbarkeit und anhand eines Praxisbeispiels, wie passende Auto-ID-Systeme systematisch ausgewählt werden und in Kombination die notwendige Datenbasis für die Produktionssteuerung bereitstellen können. S. 114

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-48

Digitaler Zwilling für die additive Fertigung

T. Wittmeir, F. Oettl, J. Schilp – Lehrstuhl für Produktionsinformatik, Universität Augsburg

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen die Herstellung von sowohl gleichen als auch unterschiedlichen Komponenten in einem Bauvorgang. Um insbesondere für die additive Serienfertigung eine gleichbleibende Bauteilqualität zu gewährleisten, kann der Einsatz eines digitalen Zwillings sinnvoll sein. Dieser stellt hohe Anforderungen an die Datenbasis in Bezug auf Strukturierung, Rechenleistung und Datensicherheit und muss auf die relevanten Funktionen des Einsatzbereichs zugeschnitten sein. S. 119

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-53

Netzmanagement eines Gleichspannungsmikronetzes

J. Knapp, D. Hölderle; I. Bianchini, A. Sauer; S. Riethmüller – Universität Stuttgart, Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP); Fraunhofer IPA, Stuttgart, Homag GmbH

Das Forschungsprojekt „DC-Industrie2“ beschäftigt sich mit der Umsetzung der Gleichspannungstechnologie im industriellen Sektor. Dabei sind Versuchsanlagen auf Laborebene sowie im industriellen Umfeld entstanden. Der Beitrag präsentiert und bewertet die Ergebnisse von Messungen verschiedener Szenarien. Im ersten Szenario wird das DC-Mikronetz ohne und mit Batteriespeicher getestet, jeweils mit kaltarbeitenden Lasten. Im zweiten Szenario werden die Messungen mit und ohne Batteriespeicher wiederholt, jedoch mit warmarbeitenden Lasten. Der Einsatz eines Batteriespeichers mit Regelkennlinie reduziert die Spannungsschwankungen im Gleichspannungsmikronetz.   S. 124

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-58

Methode für Analyse, Entwurf und Umrüstung von Maschinen

D. Hölderle, J. Knapp, A. Sauer – Institut für EEP, Universität Stuttgart

Ein essenzieller Baustein der Energiewende ist die Steigerung der Energieeffizienz. Vor allem im industriellen Kontext gilt es, vorhandene Energiesparpotenziale zu heben. Gleichstrom­mikronetze (DC-MG) können dazu einen nennenswerten Beitrag leisten. Um diese Netzform in Fabriken zu etablieren, ist die Umrüstung von Maschinen und Anlagen, die überwiegend auf Drehstrom basieren, notwendig. Dieser Beitrag beschreibt eine Methode, die bei der Analyse, dem Planungsprozess und dem Umbau von Wechselstrommaschinen auf Gleichstrom­netze systematisch unterstützen soll. S. 129

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-63

Wirkbeziehungen: Resilienz, Ressourcen und Leistung

T. Schulz, L. Reichsthaler, D. Toth, L. Sielaff, A. Friedmann – Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Magdeburg; Fraunhofer Austria Research GmbH, Wien; Fraunhofer IPA, Stuttgart; Fraunhofer-­Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt

Dieser Beitrag konzentriert sich auf den Zielkonflikt für Produktionsanlagen und stellt einen ganzheitlichen Rahmen vor, der hilft, die voneinander abhängigen Attribute von Resilienz, Ressourceneffizienz und Leistung anhand eines systemdynamischen Modells zu optimieren. S. 134

doi.org/10.37544/1436-4980-2023-03-68