Knapp ein Jahr nach Eröffnung der E3-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion am Fraunhofer IWU in Chemnitz, werden erste Forschungsergebnisse vorgestellt. In der Modellfabrik wird in den Kompetenzbereichen Antriebsstrang, Karosseriebau sowie Daten- und Energiemanagement in enger Partnerschaft mit der Industrie an wettbewerbsfähigen Lösungen für die Produktion der Zukunft gearbeitet.
Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts E³-Produktion wird erstmals eine Demonstratorprozesskette für die umformbasierte Herstellung von verzahnten Hohlwellen entwickelt. Diese Komponenten sind im Getriebe eines Kraftfahrzeugs für die Drehmomentenübertragung im Antriebsstrang zuständig. Vor dem Hintergrund, Treibstoffverbrauch und Emissionen der kommenden Fahrzeuggenerationen signifikant zu senken, wird im Automobilbau weiter an innovativen Lösungen für Leichtbaukonzepte geforscht. Jedes gesparte Kilogramm schlägt sich direkt in einem geringeren Kraftstoffverbrauch nieder.
Konventionell erfolgt die Fertigung dieser Bauteile in den Prozessschritten Schmieden, Drehen und Bohren, Abwälzfräsen, Wärmebehandlung, Hartfeinbearbeitung sowie Festigkeitsstrahlen. In der neuen Prozesskette werden material-, zeit- und kostenintensive Zerspanprozesse wie das Tieflochbohren und das Abwälzfräsen durch ressourceneffiziente Umformprozesse, wie dem am Fraunhofer IWU entwickelten Bohrungsdrücken und dem Verzahnungswalzen, ersetzt. Materialverlust in Form von Metallspänen entfällt weitestgehend. Bisher konnten 12,5 Prozent des benötigten Materials eingespart werden, das entspricht etwa 0,5 kg pro Bauteil. Zusätzlich trägt eine wesentlich verkleinerte Geometrie der Bauteilausgangsform zur Materialeffizienz bei.
Der Materialausnutzungsgrad vom Stangenabschnitt zum Fertigprodukt wurde so um 6,5 Prozent gesteigert. Doch damit sind die Leichtbaupotenziale noch nicht ausgeschöpft: „Bis zum Ende des Projektzeitraums im Jahr 2016 wollen wir die Energie- und Ressourceneffizienz der neuen Prozesskette sowie die resultierenden Bauteileigenschaften weiterentwickeln und optimieren. Durch Nutzung unserer innovativen Umformtechnologien, kombiniert mit belastungsgerechtem Bauteildesign, ist für gewisse Bauteilklassen eine Materialeinsparung von bis zu 30 Prozent zu erwarten“, erklärt Projektleiter Dr. Udo Hellfritzsch.
Erfolgsfaktor Mobile IT
Bediener und Fachkräfte werden in ihrem Arbeitsalltag mit immer mehr Daten und Informationen konfrontiert. Durch Integration von Mobile IT-Systemen können Wertschöpfungsprozesse so umgestaltet werden, dass neue Geschäftsmodelle entstehen und die wachsende Fertigungskomplexität besser beherrscht werden kann. Schnellere, dezentrale Entscheidungsfindung und effizientere Fehlerbehebung führen zu weit reichenden Kosten- und Zeitersparnissen sowie zu mehr Flexibilität in der Fertigung. Assistenzsysteme zur Produktionsführung müssen daher aus der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Daten die gerade benötigten Informationen bereitstellen sowie eine intuitive, nutzerfreundliche Bedienung und Anzeige ermöglichen. Bisher ist das nicht so ohne weiteres möglich, denn bereits bei der Datenerfassung in der Produktion treten die ersten Hürden auf: Die Maschinen unterschiedlichen Alters und verschiedener Hersteller sprechen – was die Datenausgabe angeht – auch unterschiedliche Sprachen.
Um eine standardisierte Datengewinnung sicherzustellen, arbeiten die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU daher an einer Art Übersetzer: einem flexibel erweiterbaren Plant-Adapter. Dieser intelligente Konnektor soll die herstellerseitig unterschiedlichen Schnittstellen der Maschinen zentral ansteuern und erweitern. Mit Hilfe von modernen Ansätzen zur Informationsverarbeitung, wie Linked-Data und Semantic Web Technologien, werden die Daten dann systemübergreifend gespeichert und vernetzt. Die Datenerfassung und -aufbereitung erfolgt in der am Institut entwickelten Fabrik-Cloud, der „Linked Factory“. Die gesammelten Maschinendaten fließen mit Kennwerten aus der Gebäudeleittechnik, der Logistik und relevanten betriebswirtschaftlichen Parametern zusammen, werden miteinander verknüpft und zu nützlichen Information aufbereitet, um den Anwender in der Produktion zu unterstützen. In welcher Form gelangen die gerade benötigten Informationen aus dieser Cloud dann zielgerichtet zum Mitarbeiter? „In der kontextbasierten Bereitstellung liegt der Schlüssel“, erklärt Dr. Andreas Schlegel, Abteilungsleiter Unternehmensmanagement am Fraunhofer IWU, „denn ein Fertigungsleiter benötigt andere Informationen als ein Maschinenbediener oder Instandhalter. Unser Ziel ist es, die richtige Information zur richtigen Zeit am richtigen Ort verfügbar zu machen.“
Für mobile Endgeräte ist hierzu eine Demonstrationssoftware entstanden. Terminals an verschiedenen Maschinen in der E³-Forschungsfabrik bieten dem Anwender in Echtzeit Maschinen- und Prozessdaten sowie Informationen aus der Gebäudeleittechnik. Per Drag & Drop stellt sich der Mitarbeiter ein für seine Tätigkeit sinnvolles „Informationsdashboard“ zusammen, nimmt sich also nur die Informationen mit, die er gerade benötigt. Ein weiterer Software-Prototyp ist auf ein anderes Anwendungsszenario ausgerichtet und gibt die Informationen nach Kontext des Mitarbeiters aus: Die Software erkennt über ein Inhouse-GPS, wo sich der Anwender gerade befindet und ob er ein Tablet, einen PC oder ein Smartphone für die Informationsabfrage benutzt. Über einen Login wird das Arbeitsspektrum des Mitarbeiters bestimmt. Die Art der Informationen und Datenausgabe wird an diese Variablen angepasst.
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU www.e3-fabrik.de www.iwu.fraunhofer.de
E³-Produktion heißt:
Über eine ganzheitliche Betrachtung der Ebenen Prozess, Prozesskette, Fabrik und Fabrikumfeld Synergieeffekte zu untersuchen und in Lösungen für die Praxis zu überführen. Neben der Energie- und Ressourceneinsparung gehören hierzu insbesondere Lösungskonzepte für eine Emissionsneutrale Fabrik sowie eine Neubetrachtung der Einbindung des Menschen in die Fertigung.
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