Exzellenzcluster Internet of Production

  Urheberrecht: © IoP/Riedel

Die Vision des Internet of Production: The World becomes a Lab

 

Die letzten Jahre standen unverhofft noch komplett unter dem Einfluss der Corona-Pandemie, so dass neben dem Kernthema der „Digitalisierung“ auch das Thema Resilienz im Rahmen des Exzellenzclusters Internet of Production (IoP) einen wichtigen Stellenwert einnahm. Digitale Lösungen, Online-Konferenzen und -Meetings, schnelles Umdenken und Flexibilität prägten das Tagesgeschäft und ermöglichten so das nahtlose Voranschreiten der Forschungsaktivitäten.

Dass sich für die Wirtschaft mit Lockdown-Maßnahmen, gekappten Lieferketten und Homeoffice-Pflicht in vielen Branchen auch der Produktionsalltag umzugestalten hatte, brachte auch neue Perspektiven in die Aktivitäten des IoP. Themen wie Mobilität, Materialverfügbarkeit sowie allein schon die Begeh- und Nutzbarkeit von Arbeitsräumen und natürlich auch Möglichkeiten der Datenverfügbarkeit und -nutzung haben deren Relevanz und Aktualität mit Andauern der Pandemie noch einmal deutlich sichtbarer gemacht und verstärkt.

Im Exzellenzcluster IoP beschäftigen sich seit 2019 rund 200 Wissenschaftler:innen, im Verbund von mehr als 35 Professor:innen, u.a. aus Produktionstechnik, Informatik, Werkstoffwissenschaften sowie Wirtschaftswissenschaften, aber auch Arbeitswissenschaft und Psychologie, mit der gemeinsamen Vision, „Industrie 4.0“ über Disziplingrenzen hinweg und für die industrielle Praxis innovativ neu- und effektiv weiterzudenken. Bis 2025 steht mit dem IoP der Fokus auf der Gestaltung der Produktion von Morgen: Angefangen bei einer digitalen Infrastruktur für die datengetriebene industrielle Produktion um die komplette Bandbreite der produktionstechnischen Kernthemen zu betrachten.

  Urheberrecht: © WZL Machine Cloud in der WZL-Maschinenhalle

Vielfalt der digitalen Forschungsthemen im IoP - Digitale Schatten der Produktion

Mit den hier entwickelten sogenannten „Digitalen Schatten“, die als Container für „Smart Data“ dienen und der neuen domänen- und branchenübergreifenden Infrastruktur soll innerhalb und zwischen den komplexen Domänen – Produktion, Entwicklung und Nutzung – die Steigerung der Kooperationsproduktivität ermöglicht werden. Vor allem die interdisziplinären Herausforderungen, u.a. die 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 von bereits sehr ausgereiften hochspezialisierten Technologien, aber auch die elektrochemische Bearbeitung von Werkstoffen oder beispielsweise im Bereich des Additive Manufacturing und 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 WZLs in allen Forschungsbereichen des IoP zu finden sind, ist groß. Und auch wenn das Thema Digitalisierung den Umstand schuldet, nicht sonderlich greifbar zu sein, werden die Inhalte anhand zahlreicher Demonstratoren praxisnah validiert. Der Use Case „Connected Job Shop“ verdeutlicht beispielsweise die Erarbeitung einer Methodik zur Vernetzung unterschiedlicher Produktionsprozesse auf Shopfloorebene. Das konkrete Beispiel eines klassischen Fertigungsprozesses, bildet hier den Use Case „Feinschneiden“ ab. Er zeigt anschaulich das Prinzip des IoP, klassische ingenieurswissenschaftliche Ansätze sowie Modelle und Prozesse im Rahmen einer digitalen Transformation interdisziplinär und „digital“ zu betrachten, um bislang unbekannte Ursache-Wirkungszusammenhänge zu erschließen. Ziel ist es Qualitätsschwankungen und Störungen zu identifizieren, die Aussagekraft über die Lebenszeit eines Bauteils und die Ursachen hierzu zuverlässig vorauszusagen (Predictive Maintenance).

  Urheberrecht: © Anja Wassong IoP-Forschung im M.A.R.S.-Lab am WZL

Ebenfalls anschaulich und vor Ort am WZL sichtbar, sind die Arbeiten des Use Cases „Future Assembly“ in der M.A.R.S. (Metrology, Assembly and Robotic Systems) Infrastruktur, wo der produktionsintegrierte Einsatz intelligenter Sensorik innerhalb verschiedener Prüfstände demonstriert wird. Hier erarbeitet man die Realisierung flexibler und autonomer Montagesysteme. Ziel ist es industrielle Produkte und Produktfamilien in vernetzten Montagesystemen zu fertigen, die wie Software, quasi-kontinuierlich skalieren. Zentrale Elemente sind sogenannte Multipurpose-Ressourcen, wie bspw. stationäre und mobile Industrieroboter.

Mit dem Use Case „Physical Infrastructure Supporting Digital Shadows“ beschäftigt man sich mit der grundlegenden Infrastruktur und dem Konzept des Digitalen Schatten. Hier wird eine service-orientierte Sensorschnittstelle entwickelt, die eine automatisierte Integration neuer Sensoren in die Infrastruktur des Internet of Production ermöglicht. Dabei werden die von den Messsystemen bereitgestellten Daten nach der Vereinheitlichung auf Schnittstellen- und Modellebene in bestehende Machine-Learning Algorithmen und dem sogenannten Data Lake eingespeist.

Nationale und internationale Sichtbarkeit des IoP

Die Sichtbarkeit der Exzellenzcluster-Forschung hat in den zurückliegenden Jahren deutlich zugenommen – trotz oder gerade durch Corona – stieg das Augenmerk auf globale Themen, Probleme und innovative Lösungen zunehmend. Dies ist zuletzt auch durch das stetig wachsende Interesse von Seiten der Industrie und Erweiterung des Industrial Advisory Boards zu erkennen. Neben den Global Playern in Sachen Industrie 4.0 mit Weltkonzernen wie BMW, Airbus oder Siemens oder auch Microsoft oder AWS sind in der Liste der namhaften Firmen entlang der gesamten Liefer- und Wertschöpfungskette im IoP etabliert. Zuletzt konnten weitere innovative Partner gefunden und das Portfolio u.a. mit Henkel, Scheidt & Bachmann, John Deere oder zuletzt VOITH, Gerresheimer und SAP erweitert und verstärkt werden.

Auch wenn pandemiebedingt die großen Meetings in ungewohnt kleinem Rahmen lediglich in digitaler Form umgesetzt werden mussten, konnten die Wissenschaftler:innen dennoch „digital“ an zahlreichen Konferenzen in der ganzen Welt auch sozusagen „@home Präsenz zeigen“ und Impulse setzen und so die Sichtbarkeit des IoP und dessen wissenschaftliche Schlagkraft weiter ausbauen und Akzente setzen.