Innovationsplattform

In sechs Bereichen werden Basistechnologien, Lösungsmuster und Software-Bibliotheken entwickelt und in einer Technologieplattform bereitgestellt. Die Grundlage bilden Innovationsprojekte von Unternehmen und Forschungseinrichtungen.

Maschinelle Intelligenz

Bei der Automatisierung von Produktionsprozessen werden Maschinen durch Hard- und Software so gesteuert, dass ein Prozess eigenständig, also ohne menschlichen Eingriff, abläuft. Für gleichbleibende beziehungsweise starre Prozesse können am Markt verfügbare Automatisierungslösungen eingesetzt werden.

Mit der nächsten Stufe der Automatisierung sollen auch flexible beziehungsweise veränderliche Prozesse ohne menschliches Eingreifen automatisch ablaufen. So sollen sich beispielsweise Maschinen eigenständig einrichten, um unterschiedliche Varianten eines Produkts herstellen zu können. Dafür müssen Entscheidungen, die bisher durch den Menschen getätigt werden, durch eine Software abgebildet werden. Hierzu bedarf es technischer Systeme, die die Problemstellungen eigenständig in menschenähnlichen Entscheidungsstrukturen bearbeiten können. Durch Algorithmen wird ein intelligentes Verhalten simuliert. Eine wichtige Anforderung ist dabei die Fähigkeit, aus vergangenen Situationen zu lernen und auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse den Prozess zu verbessern.

Verfahren der maschinellen Intelligenz ermöglichen Unter-nehmen, komplexe Produktionsprozesse zu automatisieren, um schneller, günstiger und in besserer Qualität zu fertigen. Produktionsfehler, Betriebsstörungen und Ausschuss werden vermieden. Mit maschineller Intelligenz können nicht nur Produktionsprozesse sondern auch Produkte optimiert werden, wie zum Beispiel intelligente Hausgeräte: Ein Staubsaugerroboter von Miele kann mithilfe maschineller Intelligenz während des Saugvorgangs erkennen, wo sich Hindernisse befinden und seine Routen daraufhin optimieren und an veränderte Umgebungsbedingungen anpassen – eine Produktfunktion mit Mehrwert für den Kunden.

Safety & Security

Aufgrund der zunehmenden Komplexität und Vernetzung der Maschinen werden hohe Anforderungen an die Sicherheit gestellt. Unter „Safety“ versteht man die Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit eines Systems. Dazu gehört beispielsweise der störungsfreie Betrieb einer Maschine, aber auch die gefahrlose Bedienung und Nutzung.

„Security“ bezeichnet den Schutz des Systems gegen unberechtigte Zugriffe von außen. Hierzu benötigen Unternehmen ganzheitliche Sicherheitskonzepte, die nicht jedes Mal neu mit großen Anstrengungen konzipiert werden müssen, um sich offensichtlichen IT-Risiken stellen zu können.

Im Spitzencluster werden neue Verfahren für Safety & Security entwickelt und eingesetzt. So entwickelt die Janz Tec AG eine abgesicherte Plattform, um Daten in nicht-vertrauensvollen Umgebungen sicher aufzubewahren. Das Unternehmen Phoenix Contact führt beispielsweise neue Methoden in seine Entwicklungsprozesse ein, um die IT-Sicherheit von Beginn an zu berücksichtigen. Hierfür wurde das Unternehmen vom TÜV Süd nach der IT-Sicherheitsnorm IEC 62443-4-1 zertifiziert.

Gestaltung sozio-technischer Systeme

Sozio-technische Systeme, in denen der Mensch mit einem technischen Gerät interagiert, erleichtern zunehmend unseren Alltag. Alexa, Google Assistant oder Siri sind Beispiele für solche Systeme, die zunehmend auch in der Industrie Einzug halten – sowohl in der Fertigung als auch im Office-Bereich.

Die Einsatzpotenziale intelligenter Assistenzsysteme in der Industrie sind vielfältig. Sie können die Beschäftigten nicht nur bei körperlich anstrengenden Arbeiten und Routineaufgaben entlasten. Vielmehr bieten sie auch Unterstützung bei der Einrichtung, Wartung und Montage von Maschinen und Anlagen, indem sie notwendige Informationen bedarfsgerecht bereitstellen. Mögliche Interaktionsformen sind dabei Spracherkennung und -steuerung, Augmented oder Virtual Reality, Gestensteuerung oder Kontexterkennung.

So können beispielsweise einem Mechaniker über eine Datenbrille Hinweise für die Wartung oder Reparatur einer Maschine eingeblendet werden, die er vor Ort direkt umsetzen kann. Alternativ bekommen Werker bei der Montage von komplexen Geräten über einen Bildschirm angezeigt, welches Teil sie als nächstes montieren müssen. In beiden Fällen übernimmt das Assistenzsystem automatisch eine Erfolgskontrolle.

Bei der Entwicklung und Einführung müssen Assistenzsysteme individuell auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Ein wichtiger Erfolgsfaktor ist die frühzeitige Einbindung der Beschäftigten, damit die Systeme die zukünftigen Nutzer bestmöglich unterstützen. So können die Benutzerfreundlichkeit von Maschinen und Anlagen sowie die Qualität und Effizienz von Produk-tionsprozessen verbessert werden. Dabei steht nicht die reine Technologie im Fokus, sondern stets der Nutzen für die Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen.

Digitale Infrastruktur

Industrie 4.0 zielt auf eine durchgehende horizontale und vertikale Vernetzung von Wertschöpfungsketten ab. Das heißt, dass sowohl interne Unternehmensprozes-
se wie zum Beispiel Produktion, Logistik und Einkauf miteinander vernetzt sind, als auch das Unternehmen mit Lieferanten und Kunden. Dadurch soll beispielsweise Schritt für Schritt eine auftragsgesteuerte Produktion erreicht werden: Eine Bestellung durch den Kunden löst direkt die Fertigung des Produktes aus.

Voraussetzung dafür ist eine zuverlässige digitale Infrastruktur. Dazu gehören beispielsweise leistungsfähiges Breitbandinternet und Großrechner, sichere Netzwerke und Clouddienste. Unternehmen benötigen dafür eine ganzheitliche Strategie mit einer IT-Architektur, die auf die individuellen Entwicklungen und Bedarfe ausgerichtet ist. Darüber hinaus müssen IT-Lösungen flexibel konfigurierbar sein.

Dazu dienen beispielsweise Plug-and-Produce Ansätze, mit denen Module ohne manuelle Einstellung in bestehende Produktionslinien integriert werden können. Wichtige Erfolgsfaktoren für digitale Infrastrukturen sind einheitliche Standards und adaptive Lösungen. Davon können die Unternehmen profitieren, anstatt individuelle Einzellösungen zu erarbeiten. So schaffen sie die Voraussetzung für eine digitale Infrastruktur, die flexibel an die Veränderungen ihrer Produkte und Geschäftsmodelle des Unternehmens angepasst werden kann. 

Wertschöpfungsnetze

Durch die digitale Transformation wird der Begriff der „Wertschöpfungskette“ aktuellen Entwicklungen nicht mehr gerecht. Wertschöpfung ist keine lineare Kette mehr, sondern ein übergreifendes Netzwerk, in dem inter-ne Teams, externe Partner und Lieferanten sowie Kunden flexibel miteinander agieren. Kundenwünsche können so direkt in die Entwicklung und Fertigung von Produkten einfließen.

Im Spitzencluster erhalten Unternehmen Unterstützung, um neue Wertschöpfungsnetze aufzubauen. Reifegradmodelle dienen beispielsweise dazu, die Kompetenzen im Bereich Industrie 4.0 objektiv zu bewerten und Maßnah-men zur Verbesserung abzuleiten. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung und Einführung neuer Geschäftsmodelle. Dabei spielen Plattformen eine wichtige Rolle.

Ähnlich wie Uber die Personenbeförderung verändert hat, werden Plattformen im Bereich der Produktion die Märkte prägen. Um nicht den Zugang zum Kunden zu verlieren, müssen Unternehmen die Potenziale von Plattformen erschließen und Services darüber anbieten. Als einer der Vorreiter zeigt beispielsweise Claas mit der eigenen 365FarmNet-Plattform, wie die landwirtschaftliche Betriebsführung der Zukunft aussehen kann.

Advanced Systems Engineering

Die digitale Transformation der Industrie erhöht die Komplexität in der Produktentwicklung: Intelligente Produkte, Produkt-Dienstleistungs-Kombinationen und Wertschöpfungsnetze erfordern ein enges Zusammenwirken unterschiedlicher Fachdisziplinen wie beispielsweise Maschinenbau, Elektrotechnik, Regelungstechnik und immer stärker auch Softwaretechnik. Advanced Systems Engineering verzahnt diese Disziplinen, um Produkt und Produktionssystem über den ganzen Lebenszyklus als Einheit zu betrachten. Dabei werden zunehmend Informations- und Kommunikationstechnologien genutzt, um Entwicklungsprozesse und -werkzeuge zu verbessern.

So können beispielsweise neue Maschinen, die sich noch im Entwicklungsstadium befinden, virtuell in einer realen Produktionsumgebung getestet werden. Dadurch kann frühzeitig geprüft werden, ob die Anforderungen erfüllt werden und das Zusammenspiel mit anderen Elementen der Produktionslinie funktioniert. Clusterunternehmen wie Claas und Miele haben die Notwendigkeit für Systems Engineering für die eigene Produktentwicklung erkannt. Sie gestalten aktiv die Entwicklungsprozesse neu, um trotz steigender Komplexität der Produkte und Wertschöpfungsprozesse im globalen Wettbewerb erfolgreich zu sein.

Durch neue Methoden des Advanced Systems Engineering wird nicht nur die Qualität und Effizienz der Produktentwicklung verbessert und beschleunigt sondern auch die Qualität und Leistungsfähigkeit der Produkte.

Immer aktuell informiert

Der it’s OWL Newsletter informiert Sie alle zwei Monate kostenlos über die wichtigsten Meldungen aus dem Technologie-Netzwerk.
Es erwarten Sie Neuigkeiten aus der Welt der intelligenten technischen Systeme, Updates aus den Forschungsprojekten
und interessante Veranstaltungshinweise.

Jetzt Newsletter abonnieren