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Production Innovations Network

Das Production Innovations Network  (PIN) wurde Anfang 2015 aus dem Sonderforschungsbereich „Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus“ heraus gegründet. Mit dem PIN werden die im SFB geschaffenen Grundlagen für die vernetzte Produktion einer Industrie 4.0 in die Anwendung gebracht.

Ziel des Netzwerkes ist es, den Dialog von Entwicklern, Herstellern, Anwendern und Forschern zu fördern und gemeinsame Projekte von Industrieunternehmen untereinander und mit der Wissenschaft zu initiieren. Was ist der industrielle Bedarf? Was kann die Forschung schon liefern? Welche Lücken von der Forschung zur Praxis müssen wir schließen? Dies sind Fragen, die im PIN behandelt werden vor dem Hintergrund, die Digitalisierung und Vernetzung der Produktion in konkrete anwendungsbezogene und bedarfsgerechte Projekte umzusetzen. Wesentliches Anliegen des Production Innovations Network ist es, aus einzelnen Industrie-4.0-Anwendungen durchdachte Strategien abzuleiten, und es durch die Zusammenarbeit im Netzwerk auch kleinen und mittelständischen Unternehmen zu erlauben, im Sinne von Industrie 4.0 zukunftsfähig zu werden.

Zur Geschichte: Mehr als 70 Unternehmen waren am 15. Januar 2015 der Einladung ins Produktionstechnische Zentrum der Leibniz Universität Hannover gefolgt. Sie konnten in den Versuchsfeldern live sehen, was mit Industrie-4.0-Anwendungen aus der Grundlagenforschung bereits möglich ist, und sie diskutierten, wie man den massiven Veränderungen, die auf die Unternehmen zukommen, gemeinsam erfolgreich begegnen kann. Neben elf Forschungsinstituten hat das PIN derzeit zwölf Firmenmitglieder und die IHK Hannover als Fördermitglied.

Der Startschuss: Beim ersten Arbeitstreffen am 29.04.2015 stellten die Forschungsinstitute des PIN ihre Expertisen zu Industrie 4.0 und die Firmen ihre Bedarfe, Kompetenzen und Ressourcen zum Thema vor. Zwei Arbeitsgruppen - zur Produktion und Instandhaltung – erarbeiteten sechs Leitthemen:

1. Sensorik / (dezentrale) Vorverarbeitung

Das Erfassen von Informationen ist die Grundlage für Industrie 4.0, für eine Digitalisierung der Wirtschaft. Sensoren, die die Ermittlung neuer Informationen ermöglichen, sind dafür ein wesentlicher Bestandteil gerade im Produktionsbereich. Im PIN entwickeln und nutzen wir Sensoren, die direkt auf die Bauteiloberfläche strukturiert werden oder auf Folien basieren, die nur wenige Mikrometer stark sind. Diese Verfahren steigern die Sensitivität um den Faktor 15. Durch ihre geringe Größe und ihr Herstellungsverfahren werden darüber hinaus völlig neue Positionierungen der Sensoren ermöglicht – beispielsweise in Kerben oder auf stark gekrümmten Oberflächen.

2. Kommunikation / Energieversorgung

Speziell bei beweglichen Komponenten ist eine verlässliche drahtlose Datenübertragung unabdingbar. Komponenten müssen unterbrechungsfrei mit Energie versorgt werden. Wie können Lichtleitfasern im Werkzeugmaschinenumfeld ideal integriert werden? Welches Potenzial und welche Einsatzmöglichkeiten bietet die Hochfrequenz-Funkkommunikation mit energieautarken Funkzellen im 24 GHz Bereich in metallischen Strukturen? An Lösungen wird im PIN gearbeitet.

 

3. Auswertung der Informationen (Big Data / Maschinenlernen)

Daten haben nur dann einen wirtschaftlichen Wert, wenn sie korrekt genutzt werden. Das PIN entwickelt
bedarfsgerechte Auswertungsverfahren für unterschiedliche Anwendungsfälle. Die Expertise der Mitglieder
bietet in Kombination mit dem Know-how von elf Forschungsinstituten Expertenwissen entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Produktionstechnik. Diese Wissensbasis in Kombination mit realen Anforderungen der Industrie ermöglicht es dem PIN, Maschinen- und Produktionsdaten in Wissen umzuwandeln und Nutzen für eine selbstständige Prozessoptimierung und -planung zu schaffen.

4. Intelligente Datenkombinationen

Wissen, das aus Daten gewonnen wird, muss genutzt werden, um Entscheidungen herbeizuführen. Assistenz und Autonomie sind dabei die Schlüsselbegriffe für eine intelligente Kombination von Daten, um neue Informationen für Entscheidungen zu gewinnen. Beide Aspekte, Assistenz und Autonomie, werden im Rahmen des PIN behandelt.

5. Standardisierung / Sicherheit

Wo Komponenten miteinander agieren, sind Standards erforderlich, um eine flexible Integration zu ermöglichen. Darüber hinaus muss eine Digitalisierung eine hohe Verlässlichkeit aufweisen. Der Schutz vor Sabotage oder Spionage und der Schutz der Persönlichkeitsrechte sind Schwerpunkte, die im PIN bearbeitet werden.

6. Mitarbeiterschulungen, Arbeitswelten, rechtliche Aspekte

Auch in der Fabrik der Zukunft wird der Mensch eine zentrale, wenn auch veränderte Rolle spielen. Das PIN beschäftigt sich mit den neuen Anforderungen an die Arbeit und die Menschen sowie mit den Möglichkeiten ihrer optimalen Unterstützung.

Aktuelle Projekte

Drei Projekte sind 2015 im PIN direkt gestartet. Zentrale Fragestellungen dabei sind: Welche Daten werden von den Endanwendern benötigt? Welche Schnittstellen sind an den Maschinen der Mitglieder vorhanden?

Industrie-4.0-Check-Ups: Um die Bedarfe, Expertisen und Potenziale zu Industrie 4.0 zu ermitteln, führt das PIN Industrie-Check-Ups bei den PIN-Partnern durch. Aus den Ergebnissen der Check-Ups werden Projekte entwickelt. Unterschieden wird dabei in Implementierungs- und Entwicklungsprojekte.

Die Implementierungsprojekte sollen mit den Expertisen und Potenzialen der Partner realisiert werden. Im Idealfall entsteht kein zusätzlicher Forschungsbedarf. Falls Lücken sichtbar werden, die nur mit zusätzlichem Forschungsaufwand zu schließen sind, werden dafür langfristige Projekte (Entwicklungsprojekte) initiiert, die über Fördermittel finanziert werden sollen (ZIM-Projekte, DFG-Projekte etc.).

Datenerhebung: Das Projekt zur Datenerhebung im realen Produktionsprozess wird bei einem Endanwender oder am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen umgesetzt. Das Projekt beinhaltet die Zusammenführung von Daten aus einer Produktionsmaschine sowie korrespondierender Daten aus der Qualitätssicherung. Ziel ist die Bildung eines Datenpools zur Korrelation von Prozess- und Qualitätsdaten. Nach Zusammenführung der Daten erfolgen eine Kosten-Nutzen-Abschätzung sowie die Bestimmung vorhandener Lücken der konventionellen Technologien. Die Daten werden innerhalb des PIN für die Analyse und Visualisierung zur Verfügung gestellt.

Interaktive Instandhaltung: Die mobile Lösung zur interaktiven Instandhaltung ermöglicht es, interaktive Informationen zur korrekten Durchführung von IH Maßnahmen an Fertigungsanlagen zur Verfügung zu stellen. Dazu werden im Projekt QR-Tags auf Anlagenkomponenten zur Lokalisierung und Identifikation visuell erfasst und mittels Beamer oder Laser visuelle Markierungen zur Unterstützung der jeweiligen Arbeitsschritt projiziert. Eine Tonausgabe der Handlungsanweisungen unterstützt die Nutzerführung. Diese kann personenindividuell gestaltet werden und dient somit auch der Schulung unerfahrener Mitarbeiter. Ziel ist es, dadurch die Flexibilität des Mitarbeitereinsatzes zu erhöhen. Unerfahrene erhalten viel Assistenz über das System. Die Assistenz wird über den Lernprozess dann immer weiter verringert, um routinierte Arbeitsabläufe nicht zu verlangsamen. Das einbinden von Fertigungsdaten zur zustandsbasierten Instandhaltung als „Predictive Maintenance“ ist grundsätzlich möglich.

Weitere Themen für längerfristige Entwicklungsprojekte:

  • Hochflexible sensorische Spannmittel für Schweiß und Zerspanprozesse
  • Direktstrukturierung von Sensoren auf Funktionskomponenten
  • Hochgeschwindigkeits-Funkkommunikation im Maschinenumfeld
  • Efficient Quality
  • Matchingplanung