Volume 116, Issue 10

Bei der Ermittlung von Vorgangsfolgen innerhalb der Arbeitsplanung wird auf Erfahrungswissen von Fachkräften und weitere Hilfsmittel wie Unterlagen, Richtlinien und Arbeitspläne ähnlicher Produkte zurückgegriffen. Demzufolge enthalten erstellte Arbeitspläne implizites Wissen, dessen Extraktion und Nutzung das Potenzial zur Beschleunigung der Vorgangsfolgeermittlung bietet. Für derartige Aufgaben können künstliche neuronale Netze des Deep Learning eingesetzt werden, die durch Training das implizite Wissen erfassen und über Vorhersagen nutzbar machen. Daher wird in diesem Beitrag ein Konzept für die Ermittlung von Vorgangsfolgen durch künstliche neuronale Netze vorgestellt.

Megatrends wie demographischer Wandel oder zunehmende Individualisierung stellen produzierende Unternehmen vor Herausforderungen, denen mit fortschrittlicher Robotik und Automatisierung begegnet werden kann. Sie machen die Fertigung flexibler, wirtschaftlicher und nachhaltiger und ermöglichen kurze und damit robuste Lieferketten. Vier Trends zeichnen sich ab: der Einsatz von KI und Digitalisierung, die Demokratisierung der Robotik, die „Automatisierung der Automatisierung“ und der Einsatz von Mensch-Roboter-Kollaboration.

Im Rahmen der Planung von Arbeitssystemen mit Mensch-Roboter-Zusammenarbeit können digitale Planungswerkzeuge mit ihren Funktionen zur Visualisierung und parametrischen Simulation in Kombination mit ergonomischen Bewertungen der Arbeitsprozesse einen wesentlichen Mehrwert zur wirtschaftlichen Arbeitssystemgestaltung darstellen. Im Beitrag wird anhand einer digitalen Arbeitsplanung am Beispiel eines Platinenverpackprozesses gezeigt, wie sich Gestaltungsvarianten eines Mensch-Roboter-Arbeitssystems auf Produktivität, Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Ergonomie auswirken.

Im Kontext von Industrie 4.0 offenbaren sich im Qualitätsmanagement neue Chancen, bisherige Limitationen von Qualitätswerkzeugen aufzuheben, um so das Prozesswissen und die Produktqualität zu erhöhen. Am Beispiel eines Verschraubungsprozesses wird aufgezeigt, wie bei selbiger Datenbasis bereits ein einfacher Ansatz eines Neuronalen Netzes Prozessstörungen besser vorhersagen kann als eine klassische SPC.

Bei Predictive Maintenance handelt es sich im Kern um die Kommerzialisierung von Condition Monitoring. Für Entscheider stellen sich dabei folgende Fragen: Welche Geschäftsmodelle lassen sich mit Predicitve Maintenance abbilden? Und mit welchen technologischen Prinzipien kann Condition Monitoring implementiert werden? Zur Beantwortung dieser Fragen wurden relevante Technologien und Geschäftsmodelle ausgewertet und für mittelständische Unternehmen in Form von pragmatischen Richtlinien aufbereitet.

Für eine virtuelle Technologieentwicklung steht insbesondere den kleinen und mittelständigen Unternehmen nicht immer die notwendige Datenbasis zur Verfügung. Die Ableitung synthetischer Datensätze auf der hybriden Grundlage von technologischem Expertenwissen sowie mathematischer Modellbildung schafft intelligente Lösungsansätze, mit denen diese fehlende Datenbasis weitestgehend kompensiert werden kann. Anhand eines ausgewählten Bauteils, welches durch das Fertigungsverfahren Innenhochdruck-Umformen (IHU) hergestellt wird, soll in diesem Beitrag eine Methodik zur Realisierung synthetischer Datensätze skizziert und ihre Anwendung im Qualitätsmanagement und in der vorausschauenden Instandhaltung erläutert werde.

Bei der Montage großskaliger Produkte kommt es oftmals zu Störungen. Um diese Störungen zu reduzieren, ist ein unkomplizierter Ansatz zu ihrer systematischen Aufbereitung nötig. Dieser soll automatisiert ähnliche Störungen identifizieren und eigenständig sinnvolle Behebungsmaßnahmen vorschlagen. Dafür werden zunächst die Störungen gesammelt und charakterisiert und ein Modell für sinnvolle Informationsflüsse erstellt. Anschließend werden in einer mehrstufigen Ähnlichkeitssuche, ähnliche Störungen ermittelt und geeignete Störungsbehebungsmaßnahmen abgeleitet.

Laser-induzierte periodische Oberflächenstrukturen (LIPSS) weisen ein hohes Potenzial für Anwendungen in den Bereichen der Oberflächenfunktionalisierung auf. Die Steuerung der Richtung dieser Nanostrukturen kann nur durch Änderung der Laserpolarisation erfolgen. Auf dem Markt gibt es kein System zur automatischen Änderung der LIPSS-Orientierung. Für den industriellen Einsatz ist dies vom Vorteil, um Inhomogenität im Strukturverlauf zu vermeiden. In diesem Beitrag wird eine Systemlösung vorgestellt, indem die Steuerung der Richtung von Nanotexturen ermöglicht wird.

Eine Möglichkeit zur Weiterentwicklung von Li-Ionen-Traktionsbatterien liegt in der Optimierung der Pack-Architektur. Basierend auf der Elimination von Batteriemodulen erzielt die Cell-to-Pack-Technologie substanzielle Verbesserungen hinsichtlich Kosten und Energiedichte auf Pack-Ebene. Auf Grundlage einer strukturierten Literaturrecherche mit Fokus auf Patenten wird der Entwicklungsstand der Cell-to-Pack-Technologie dargelegt und die Marktsituation in der Automobilindustrie eingeschätzt. Die Ergebnisse dienen schließlich einer ersten Bewertung zum Marktpotenzial modulfreier Batteriesysteme.

Die Herstellung von Batteriezellen setzt sich aus einer Vielzahl von Einzelprozessen mit jeweils unterschiedlichen Qualitätsansprüchen zusammen. Mit dem Ziel, eine hochwertige und leistungsstarke Batteriezelle zu produzieren, ist daher für die interprozessuale Qualitätskontrolle und Prozessoptimierung die Kenntnis qualitätskritischer Parameter essenziell. In diesem Beitrag werden die Identifikation dieser Parameter und die anschließende Aufnahme von Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen als Basis für das digitale Qualitätsmanagement beschrieben.

Augmented-Reality-basierte digitale Assistenzsysteme werden bereits erfolgreich im industriellen Kontext eingesetzt, um die Arbeitskräfte bei manuellen Tätigkeiten zu unterstützen. Die Nutzung in der additiven Fertigung wurde allerdings noch nicht umfassend untersucht. Angelehnt an das klassische Technologiemanagement wurde ein methodisches Vorgehen entwickelt, um anwendungsspezifische Use Cases für die Additive Fertigung zu adaptieren.

In der Medizintechnik, in der komplexe und patientenindividuelle Produkte hergestellt werden, hat sich die Additive Fertigung etabliert. Da die Prozesse der Additiven Fertigung sensibel auf Veränderungen der Prozessparameter und Umgebungsbedingungen reagieren, sind Qualitätssicherungsmaßnahmen ein zentraler Faktor innerhalb der Produktion. In diesem Beitrag wird der Ansatz für eine In-situ-Prozessüberwachung in der additiven Materialextrusion vorgestellt.

Die aktuelle VDI-Richtlinie 3106 bildet auf Basis von Berechnungsmodellen die instruktive Grundlage zur Einstellung einer sicheren Werkstückspannung mittels Dreibackenfutter. In diesem Beitrag werden die Eignung der ursprünglich für die Drehbearbeitung entwickelten Richtlinie für die Fräsbearbeitung experimentell untersucht sowie ausgewählte Einflussparameter der Spannwirkung analysiert. Die Ergebnisse zeigen den Handlungsbedarf zur Entwicklung neuartiger, angepasster Berechnungsverfahren auf.

Der Einsatz von Nutzfahrzeugen bringt eine hohe Anzahl schwerer Unfälle mit sich. Mit bildverarbeitenden Verfahren können die Maschinenführenden gezielt auf Gefahrensituationen hingewiesen werden. Dieser Beitrag stellt eine bilddatenbasierte Bewegungsprognose von Personen im Gefahrenbereich eines Mobilkrans dar. Die Visualisierung dieser Gefahrensituationen mittels AR-Technologie ermöglicht einen rechtzeitigen Eingriff durch die Kranführenden. In Labor- und Feldtests konnte die Funktionsfähigkeit des Systems nachgewiesen werden.

In der Industrie steigt die Bedeutung Daten aus der Produktion wertschöpfend zu nutzen stetig. In dieser Arbeit wird die Ausgestaltung der Datenwertschöpfungskette von der Datengenerierung durch Traceability-Systeme bis zur Datenauswertung über Process Mining aufgezeigt. Die durchgeführte Interview-Studie gibt einen Einblick, wie Experten die Thematik bewerten.

Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) in Produktion und Fertigung wird die Arbeitswelt und die Fabrikfertigung verändern. Dieser Beitrag widmet sich der Frage, wie die Arbeit mit KI im Interesse des Menschen gestaltet werden kann. Dafür werden verschiedene Perspektiven auf menschzentrierte KI vorgestellt. Nachfolgend wird das Modell SMART-er Arbeitsgestaltung eingeführt [37, 43]. Dieses dient als Heuristik, vor dessen Hintergrund Kriterien für die Entwicklung menschzentrierter hybrider Intelligenzen diskutiert werden. Abschließend werden fünf Gestaltungsschritte abgeleitet, die Unternehmen bei der menschzentrierten Gestaltung von Mensch-KI-Teams helfen können.

Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) sind ein wichtiger Baustein für das Wirtschaftswachstum. KMU müssen digitale Technologien einführen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Aber wie wählt man die digitale Technologie aus, die am besten für das eigene Unternehmen geeignet ist? Dieser Beitrag untersucht zehn verfügbare methodische Vorgehensweisen und bewertet diese mit einem Paarweisen Vergleich nach Eignung und Effizienz für KMU. Dabei sind zwei methodische Vorgehensweisen für KMU gut anwendbar. Es muss aber die Effizienz dieser Methoden-Vorgehensweisen verbessert werden, um die Bedürfnisse und Eigenschaften von KMU noch besser zu berücksichtigen.

Assistenzsysteme bieten die Möglichkeit, Werker bei manuellen Montageprozessen mit zahlreichen Varianten und Arbeitsinhalten zu unterstützen. Die Konfiguration eines bestehenden Assistenzsystems für neue Produktvarianten kann einen hohen Aufwand in der Arbeitsvorbereitung verursachen. Eine Darstellung des Status quo beim Anlegen neuer Produktvarianten fehlt allerdings bisher aufgrund der Neuartigkeit der Systeme. Daher werden der Konfigurationsprozess und die Herausforderungen anhand einer Literaturrecherche und durch Interviews strukturiert aufgearbeitet.

Für den effizienten Einsatz von Automatisierungstechnik ist qualifiziertes Instandhaltungspersonal notwendig, um operative Störungen schnell zu beheben. Diese Schulungen finden heutzutage entweder an realen Anlagen, oder auch bereits in eigens für bestimmte Anwendungsfälle entwickelte VR-Anwendungen statt. Zur Minimierung des Aufwands zur Erzeug von VR-Trainingssimulationen können jedoch bereits existierende Modelle und Simulationen aus dem Prozess der virtuellen Inbetriebnahme genutzt. Die Grundlage für das Training sind eine digitale Simulation und Vernetzung von realer Anlagensteuerung, Robotersteuerung und HMI-Schnittstellen. Dadurch können die Kosten reduziert und die Anzahl von unterschiedlichen Trainingsumgebungen skaliert werden. Die Trainingssimulation wird durch weitere motivierende Elemente erweitert.