Exzellenzcluster Internet of Production

  Skizze der Vision des Internet of Production Urheberrecht: IoP/Riedel

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Das Thema „Digitalisierung“ hat im Jahr 2020 nicht nur im Rahmen des Exzellenzclusters Internet of Production (IoP) durch und im Umgang mit der Pandemie eine ganz besondere und neue Bedeutung erlangt. Die weltweiten Auswirkungen erforderten neue und weitreichendere Dimensionen in punkto Umdenken und Flexibilität in jeder Hinsicht. Dass sich allein erschwerte oder gar komplett gekappte Lieferketten auf die Produktion auswirken, sei hier nur eines der offensichtlichen Beispiele, mit Problemen und Konsequenzen in bisher unbekanntem Ausmaß konfrontiert zu sein. Themen wie Mobilität, Materialverfügbarkeit sowie die Begeh- und Nutzbarkeit von Arbeitsräumen und Möglichkeiten der Datenverfügbarkeit und -nutzung haben so einen vollkommen neuen Fokus erhalten, deren Relevanz und Aktualität - gerade auch der Exzellenzclusterforschungsthemen - noch einmal deutlich sichtbarer gemacht hat.

Entscheidende Forschungsimpulse zur Gestaltung der Zukunft der Digitalisierung der Produktionstechnik setzt das IoP seit dem 01. Januar 2019. In dem Zusammenschluss von mehr als 35 Professorinnen und Professoren, unter anderem aus Produktionstechnik, Informatik, Werkstoffwissenschaften sowie Wirtschaftswissenschaften, aber auch Arbeitswissenschaft und Psychologie, stellt man sich gemeinschaftlich dem Ziel, Industrie 4.0 über Disziplingrenzen hinweg und für die industrielle Praxis innovativ neu- und effektiv weiterzudenken. Die Vision des IoP besteht darin, eine neue Ebene der Crossdomain-Zusammenarbeit zu ermöglichen, indem semantisch adäquate und kontextabhängige Daten aus Produktion, Entwicklung und Nutzung in Echtzeit auf einer angemessenen Granularität bereitgestellt werden.

 

Vielfalt der digitalen Forschungsthemen im IoP - Digitale Schatten der Produktion

Im Laufe der nächsten Jahre werden die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gemeinsam die komplette Bandbreite der produktionstechnischen Kernthemen betrachten, angefangen bei einer digitalen Infrastruktur für die datengetriebene industrielle Produktion.

Eines der Kernelemente sind dabei die sogenannten Digitalen Schatten, die als Container für Smart Data dienen. Sie sollen innerhalb einer neuen domänen- und branchenübergreifenden Infrastruktur eine wesentliche Steigerung der Kooperationsproduktivität innerhalb der und zwischen den komplexen Domänen - Produktion, Entwicklung und Nutzung - ermöglichen. Vor allem die interdisziplinären Herausforderungen, unter anderem der Integration von produktionstechnischen Modellen in datengetriebenes Machine Learning, wird in den kommenden Jahren in Aachen vorangetrieben. In Bezug auf die Wirtschaftlichkeit einer Produktion der Zukunft sieht das IoP in seiner Vision innovative Ansätze in Hinblick auf die Vielzahl bereits sehr ausgereiften hochspezialisierten Technologien, aber auch die elektrochemische Bearbeitung von Werkstoffen oder beispielsweise im Bereich des Additive Manufacturing, sondern beginnt bereits bei der Fabrik- und Produktionsplanung bis hin zur Nutzbarkeit von Smart Data im Rahmen neuer Geschäftsmodelle.

Innovative Beispiele der IoP-Forschung am WZL

Die Vielfalt der produktionstechnischen Themen, die von Seiten aller vier Lehrstühle des WZL in allen Forschungsbereichen des IoP zu finden ist, ist groß. Und auch wenn das Thema Digitalisierung den Umstand schuldet, nicht sonderlich greifbar zu sein, werden die Inhalte anhand zahlreicher Demonstratoren praxisnah validiert. Neben „handfesten“ Maschinen, wie dem CNC-Kompetenzzentrum, das auf die individuelle Einzelteilfertigung hochkomplexer Dreh- und Fräsbauteile spezialisiert ist und bei dem eine hochfrequente Prozessdatenerfassung auf Basis einer modellbasierter Maschinendatenanalyse mit prozessparalleler Qualitätsanalyse der produzierten Bauteile in Echtzeit gelingt, ist gerade die Echtzeit-Nutzbarkeit und -Auswertung von Maschinendaten eine große Chance für den Bereich der Predictive Maintenance, also der Vorhersagbarkeit von Ausfällen bei Verschleiß und Ermüdung.

Ebenfalls anschaulich und vor Ort konkret sichtbar, sind die Arbeiten innerhalb der M.A.R.S. (Metrology, Assembly and Robotic Systems) Infrastruktur, wo der produktionsintegrierte Einsatz intelligenter Sensorik innerhalb verschiedener Prüfstände demonstriert wird. Beispielsweise ist mit der „Free Float Flawless Assembly“ ein flexibler räumlicher Einsatz von mobilen Robotern, Aktoren und Sensoren ohne Fixpunkte auch auf engem Raum möglich und somit die flexible Automatisierung der Montage von Großbauteilen mittels mobiler Produktionseinheiten.

Ein weiteres Beispiel beschäftigt sich mit der Schaffung von zahlreichen Apps, ein Beispiel hier das „Footprint Management“. Eine Weiterentwicklung der „OptiWo-App“, eine App, die im Vorgängercluster EXC128 entwickelt wurde und nun „intelligent“ optimiert wird, um auf Veränderungen möglichst schnell zu reagieren und somit als Entscheidungsunterstützung im Production Network Planing zu fungieren. Die Verkürzung dieser Anpassungszeiten birgt großes Potential und wird in den kommenden Monaten hierbei im Fokus stehen.

Nationale und internationale Sichtbarkeit des IoP

Die Sichtbarkeit der Exzellenzcluster-Forschung hat im vergangenen Jahr deutlich zugenommen – trotz oder gerade auch wegen Corona – stieg das Augenmerk zunehmend auf globale Themen, Probleme und innovative Lösungen. Dies ist zuletzt auch an dem stetig wachsende Interesse von Seiten der Industrie und Erweiterung des Industrial Advisory Boards im zurückliegenden Jahr zu erkennen. Neben den Global Playern in Sachen Industrie 4.0 mit Weltkonzernen wie BMW, Airbus oder Siemens, sind zahlreiche namhafte Firmen entlang der gesamten Liefer- und Wertschöpfungsketten im IoP etabliert. Im vergangenen Jahr konnte der inhaltliche Fokus im Zusammenspiel mit der Informatik auch hier das Portfolio unter anderem durch Player wie AWS und Microsoft verstärkt werden. Ähnlich gestaltet sich die Liste der renommierten Wissenschaftlerinnen aus der ganzen Welt, die für das wissenschaftliche Feedback im Rahmen des Scientific Advisory Board (SAB) dem IoP beratend zur Seite stehen.

Nicht nur durch die Erweiterungen der beiden Boards steigerte die nationale und internationale Sichtbarkeit der Clusterforschung. Aufgrund der Corona-bedingten Situation natürlich nicht in dem gewohnten Maß bzgl. Austauschprogrammen wie dem DAAD Postdoc-Net, Austausch im Rahmen der DWIH oder Delegationsbesuche und Kooperationen mit Universitäten. Hier konnte neben bestehenden Kooperationen (u.a. KEIO, SNU, Universität Shanghai) aber im Jahr 2020 beispielsweise mit der Sankt Petersburger Polytechnischen Universität auch dieses Netzwerk weiter ausgebaut werden. Im Rahmen digitaler Möglichkeiten hat das IoP auch hier seine Potentiale ausschöpfen können und konnte zudem „digital“ an zahlreichen Konferenzen in der ganzen Welt auch sozusagen „@home Präsenz zeigen“ und Impulse setzen und so seine Sichtbarkeit und wissenschaftliche Schlagkraft weiter ausbauen.

Die interdisziplinäre Zusammenarbeit der Forschungsteams wird darüber hinaus u.a. durch agile Managementstrukturen innerhalb des IoP und die systematische Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Rahmen der Research School unterstützt und entlang der wissenschaftlichen Entwicklungsphasen (Bachelor- und Masterstudierende, Doktorandinnen und Doktoranden & Postdoktorandinnen und -doktoranden) und Disziplinen gefördert. Das IoP setzt somit nicht nur für die Zukunft der digitalisierten produktionstechnischen Forschung, sondern auch strukturell eine Basis, die neue Themen und Dynamiken fördert und zudem Raum für Kreativität und Innovationen gibt.