Lösungen für eine robuste Produktion und Paradigmenwechsel

Von Matthias Böhm, Chefredaktor SMM

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Die WGP (Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik) hat sich Strategien zur Verwendung von Daten in Planung und Produktion gewidmet. Nachwuchsforscher präsentierten innovative Lösungen auf den Gebieten Künstliche Intelligenz und neuartige Ansätze in der Produktionsplanung. Dr. Michael Riesener bekam für seine wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Erfolge die renommierte Otto-Kienzle-Gedenkmünze verliehen.

Unterbrechungen von Lieferketten können verhindert werden.
Unterbrechungen von Lieferketten können verhindert werden.
(Bild: Ekkapon, Adobe Stock)

Mit Blick auf die neue weltwirtschaftliche Situation und dem Ziel, resiliente Produktionssysteme und Wertschöpfungsketten zu schaffen, präsentierten Nachwuchsforscher auf dem WGP-​Jahreskongress Mitte Oktober 2022 in Stuttgart zahlreiche innovative Lösungen auf den Gebieten Künstliche Intelligenz und neuartige Ansätze in der Produktionsplanung. «Die Assistenten und Assistentinnen der WGP-Institute haben hoch­aktuelle und strategisch wichtige Themen unseres industriellen Umfeldes aufgegriffen und zum Teil auch recht kurzfristig in die Praxis umsetzbare Lösungen aufgezeigt», freut sich Prof. Mathias Liewald, Leiter des Instituts für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart und Mitorganisator des zweitägigen Kongresses.

Tatsächlich sehen Unternehmensvertreter laut einer aktuellen Studie des Unternehmensversicherers Allianz Global Corporate & Specialty (AGCS) aus dem Jahr 2022 die bei weitem grössten Geschäftsrisiken der kommenden zwölf Monate in einer Betriebsunterbrechung. Das fürchten 55 Prozent der Befragten, womit diese Sorge noch weit vor der Furcht vor einem Cyberangriff liegt. Das Ergebnis verwundert nicht, sind doch solche Unterbrechungen und deren wirtschaftliche Auswirkungen im Rückblick auf die Jahre 2020 und 2021 realistisch und auch im laufenden Jahr zu beobachten. Eine der Hauptursachen für Unterbrechungen der Produktion sind Lieferprobleme von speziellen Bauteilen, Materialien oder mikroprozessorgesteuerten Elektronikkomponenten.

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Neue Ansätze für globale Produktionsnetzwerke

Künftig müssen Unternehmensentscheidungen daher genau koordiniert und mehr als bislang auf das globale Produktionsnetzwerk (GPN) hin ausgerichtet werden. Nur so ist eine flexible, auf äussere Umstände ausgerichtete Produktion möglich. Ein Team vom Institut für Produktionstechnik (wbk) Karlsruhe entwickelte daher einen kontinuierlichen Prozess, um GPN möglichst reaktionsfähig auf vorhersehbare ebenso wie unvorhersehbare Einflussfaktoren zu machen. Dazu erstellten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler anhand solcher Faktoren spezifische Szenarien, die mithilfe eines Digitalen Zwillings in die Planung des GPN einflossen.

Auch nachhaltige, ressourcenschonende Produktion ist eine neu in den Fokus gerückte Zielgrösse der Produktionstechnik. In Stuttgart berichteten WGP-Forschende beispielsweise über nachhaltige Ansätze in Bezug auf die Demontage teurer Investitionsgüter. Sie ist gekennzeichnet durch eine starke Unsicherheit bezüglich des Produktzustandes und möglicher Schadensbilder, die die Aufbereitung erschwert. Nachwuchstalente vom Institut für Montagetechnik (match) Hannover entwickelten daher am Beispiel von Flugzeugtriebwerken neue Standards zur Bewertung des technischen Zustands der zu recycelnden Komponenten. Denn trotz der rasanten Zunahme der Sensortechnik zur Zustandsüberwachung ist es aufgrund zahlreicher Störeinflüsse bislang nur möglich, spontan auf den Zustand des Produktes zu reagieren. Das Team aus Hannover konnte anhand von betrieblichen Nutzungsdaten und Maschinellem Lernen die Demontagekräfte und -zeiten vorhersagen und mit diesem Wissen angepasste, bauteilschonende Demontageprozesse planen. «Dieser Forschungsrichtung wird in der WGP aktuell eine hohe Bedeutung beigemessen, da wir hier in allen Produktionstechnologien gefordert sind», betont Liewald.

Paradigmenwechsel in der Produktion schneller umsetzen

In der Produktion in Deutschland haben sich in den vergangenen Jahren gleich mehrere Paradigmenwechsel vollzogen. Doch die Umsetzung in die Praxis dauert länger, als es wünschenswert wäre. «Der Technologietransfer wird in Deutschland noch sehr zaghaft und aus meiner Sicht nicht umfassend genug angegangen», mahnt auch Dr. Michael Riesener. Der Nachwuchswissenschaftler sucht und findet beispielsweise Wege, Produktion und Produktentwicklung zusammen zu denken. Für seine wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Erfolge bekam er im Rahmen des Jahreskongresses der WGP die renommierte Otto-Kienzle-Gedenkmünze verliehen. «Riesener ist ein ausser­gewöhnlicher Forscher, ein Vordenker, der Innovationen auch zur Umsetzung bringt», erläuterte sein Doktorvater, Prof. Günther Schuh vom Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen, in der Laudatio die Entscheidung. «Er hat den Paradigmenwechsel in der Produktion, der Produktentwicklung und Produktnutzung mitdenkt, wesentlich vorangetrieben.» Die Otto-Kienzle-Gedenkmünze wird einmal im Jahr an Nachwuchswissenschaftler vergeben, die auf dem Gebiet der Fertigungstechnik herausragende Leistungen vollbracht und sich auch dank ihrer Persönlichkeit hervorgetan haben.

e.GO Mobile ist eines der Unternehmen, die der 35 Jahre alte Wirtschaftsingenieur M. Riesner mit aufgebaut hat, und eines seiner grösseren Projekte, um Produktion, Produktentwicklung und -nutzung unter ein Dach zu bekommen. Er war massgeblich daran beteiligt, den elektrischen Kleinwagen e.GO auf einer einzigen Plattform zu entwickeln und auf den Markt zu bringen. In nur drei Jahren entstand so ein neuer Typus PKW, der aus Sicht der Produktion von vorneherein mit niedrigen Investitionen und einer digitalisierten Micro-Factory gedacht ist. «In der Produktionswissenschaft setzt sich immer mehr die Erkenntnis durch, dass eine digitale Durchgängigkeit von der Entwicklung über die Produktion bis zur Nutzungsphase notwendig ist. Dass der Paradigmenwechsel hin zur Integration bislang meist getrennter Bereiche Erfolg verspricht, zeigt die schnelle und nachhaltige Entwicklung von e.GO. Das Unternehmen startete in einem 20 qm grossen Büro mit zehn Leuten auf dem Aachener Campus des Werkzeugmaschinenlabors (WZL). Heute steht in Aachen eine Fabrik mit rund 500 Mitarbeitenden. «Für mich zeigen solche Unternehmungen, bei denen Wissenschaft und Wirtschaft an einem Strang ziehen, welche enormen Potenziale freigesetzt werden und welche Dynamik entstehen kann», begeistert sich der Wirtschaftsingenieur.

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Automatisierte Integration von der Wiege bis zur Wiege

In seiner Habilitation geht Riesener noch einen grossen Schritt weiter. Es geht ihm um die automatisierte Integration der Bereiche Produktentwicklung und Produktion bis hin zur Nutzung des Produkts: «Automatisierung gibt es in immer mehr Lebensbereichen und modernen Produkten. Sie muss auch in der Produktentstehung ankommen. Dabei dürfen wir sie allerdings nicht isoliert betrachten, sondern ganzheitlich, vom gesamten Lebenszyklus eines Produktes her, vom Design über die Produktion bis hin zu Wiederverwertung (Cradle to Cradle, von der Wiege bis zur Wiege). In meiner Arbeit versuche ich vor dem Hintergrund der Kreislaufwirtschaft, die Bereiche iterativ zusammenzuführen mithilfe digitaler Durchgängigkeit. Das heisst, dass beispielsweise Prinzipien sowie Modelle und Methoden entwickelt werden müssen, um in zunehmend kürzeren Zyklen modellbasiert technische Systeme entwickeln zu können.»

Neuer Paradigmenwechsel Nachhaltigkeit

Das heisst aber auch: Riesener widmet sich hier schon dem nächsten Paradigmenwechsel in der Produktion: der Nachhaltigkeit – ökologisch, ökonomisch und sozial. Und das nicht nur in der Theorie, sondern auch in der Praxis, etwa als Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat des Center for Circular Economy (CCE) der RWTH Aachen. Dahinter verbirgt sich eine Plattform für die interdisziplinäre Zusammenarbeit im Bereich der Kreislaufwirtschaft. Ziel ist nicht nur eine nachhaltige Produktion, sondern auch das Mitgestalten der politischen Rahmenbedingungen und die Einbindung der Gesellschaft. Das Center wurde Anfang 2022 gegründet. «Derzeit sind wir dabei, Unternehmen in ersten konsortialen Projekten an das Center zu binden, und das gelingt sehr gut», resümiert der Preisträger.

Die strategische und operative Umsetzung von Forschungsergebnissen in die Praxis reizt den Nachwuchsforscher. Das zeigt sich nicht zuletzt in seinen diversen Nebentätigkeiten, zum Beispiel als Geschäftsführer des Center for Systems Engineering des RWTH Aachen Campus, der WZL Aachen PS GmbH und der RWTH Innovation Factory GmbH: «Der Reiz liegt für mich in der Validierung von Forschungsergebnissen im Real­labor.»

Die aktuellen Paradigmenwechsel in der Produktionstechnologie hin zu Resilienz und Nachhaltigkeit implizieren immer dringlicher interdisziplinäre Forschungen. «Die Produktionswissenschaft beantwortet nicht mehr nur Fragen zu innovativen Technologien. Sie muss sich angesichts der aktuellen Entwicklungen vielmehr in Zusammenhang mit übergeordneten Fragestellungen definieren und diese in interdisziplinären Teams beantworten», resümiert Liewald. «Diese aktuellen Tendenzen spiegeln sich im diesjährigen WGP-Jahreskongress sehr deutlich wider. Unsere Forschungsarbeiten leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Anpassung der Produktion an die Herausforderungen unserer Zeit.»

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