Werk 4.0

In der Automobilserienfertigung ist die Bewältigung der Variantenvielfalt essenziell, da verschiedene Ausstattungskombinationen eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile erfordern. Diese Bauteile werden mit maschinenlesbaren IDs versehen, die in der Fertigungszelle ausgelesen und an das Produktionsleitsystem übermittelt werden, um die Fertigungsprozesse zu steuern. Der Nachteil der aktuellen Methode ist, dass Änderungen manuell an den Maschinenprogrammen vorgenommen werden müssen, was zu Verzögerungen und zusätzlichen Kosten führt. Die Digitale Prozesskette(DPK) beschreibt einen automatisierten Informationsfluss, der diese Anpassungen beschleunigt, indem Änderungen direkt aus der Entwicklung in die Maschinensteuerung übertragen werden. Dies ermöglicht eine schnellere und flexiblere Reaktion auf neue Anforderungen.

Was macht das System einzigartig?

• Live-Anpassungen in der Entwicklungsumgebung triggern Veränderungen auf den Anlagen In einer CAD-Umgebung (z. B. Siemens NX) können Veränderungen wie Geometrieanpassungen, Bauteilverbindungen oder Fügepunkt-Positionen in Echtzeit vorgenommen werden.
• Zentrales Datenmanagement für die Produktionsparameter Alle Änderungen werden automatisch in einem zentralen Tech-Daten-Server gespeichert und freigegeben. So bleibt jede Anpassung nachvollziehbar und zugänglich.
• Produktionsparameter Aus den Entwicklungsdaten werden automatisch relevante Produktionsparameter abgeleitet und in einem TechDatenServer hinterlegt. Diese Daten werden nicht nur visualisiert, sondern auch über eine benutzerfreundliche GUI bereitgestellt. Dort können die Änderungen vom Verantwortlichen der Produktionsanlage bestätigt werden und an die Anlage weitergeschickt werden.
• Direkte Umsetzung in der Produktion Produktionsanlagen, wie z. B. KUKA-Roboter, empfangen die neuen Parameter und setzen diese effizient um. Der Produktionsablauf passt sich automatisch an und führt die Änderungen zeitnah nach definierten Freigabeprozessen aus.
• Feinjustierung und Rückmeldung Anpassungen können direkt an der Produktionsanlage vorgenommen und über den TechDatenServer in die Entwicklungsumgebung zurückgespielt werden. So entsteht ein dynamischer Kreislauf zwischen Entwicklung und Produktion.
• Interoperabilität für verschiedene Maschinenhersteller Die Lösung ermöglicht die Integration von Maschinen und Hardware unterschiedlicher OEMs, basierend auf einem einheitlichen TechDatenSet.
• Flexible Anbindung neuer Anlagen durch Middleware Unterstützt alle gängigen Industrie-Kommunikationsprotokolle und ist template-basiert

Simuliertes Beispiel im Reallabor: Die Form und Position von Klebenähten im AFM werden direkt im Modell angepasst und entsprechend in einer Roboterzelle mit einem KUKA-Roboter produziert.

Warum diese Lösung den Produktionsprozess resilienter macht

Eine innovative Verbindung von Entwicklung, Datenmanagement und Produktion, die Effizienz, Transparenz und Anpassungsfähigkeit auf ein neues Level hebt.

Dieses System macht die Produktion resilienter, indem es dynamische Anpassungen ermöglicht, die Abhängigkeit von starren Prozessen reduziert und durch Automatisierung sowie Datenmanagement Stabilität gewährleistet. Es bereitet in der Form produzierende Unternehmen darauf vor, auch unter unsicheren Bedingungen handlungsfähig und wettbewerbsfähig zu bleiben.

Zudem lassen sich Produktionsanlagen durch die Herstellerunabhängigkeit der DPK effizienter austauschen und ersetzen.

Unser Forschungsprojekt zielt darauf ab, eine resiliente und flexible Produktionsumgebung zu schaffen. Grundlage dafür ist ein standardisiertes und vernetztes Datenmodell, das stets aktuelle und qualitativ hochwertige Daten liefert. Dies ermöglicht eine schnelle und effiziente Reaktion auf Ereignisse und erhöht damit die Resilienz von Anlagen entscheidend.

Ein zentraler Bestandteil ist unser ganzheitliches Datenmodell, das auf einer Ontologie basiert und ein umfassendes Änderungsmanagement über den gesamten Lebenszyklus der Produktionsanlagen sicherstellt. Durch die Einführung einer Single Source of Truth und eines Versionsmanagements werden inkonsistente Informationen verhindert.

Unsere Vision ist ein hochmodernes, integriertes und agiles System für das Änderungsmanagement von Produktionsanlagendaten. Es stellt die Transparenz, Konsistenz und Nachverfolgbarkeit der Daten sicher und optimiert die Reaktionsfähigkeit auf Veränderungen. Basis hierfür sind Technologien wie Ontologien und Standards wie AAS oder OPC UA.

Der Digitale Steuerungszwilling revolutioniert dabei die Steuerung der Produktionsprozesse durch Software-definierte Automatisierung. Das ermöglicht Echtzeit-Anpassungen ohne Programmierkenntnisse, unabhängig von spezifischer Produktions-Hardware. Dies minimiert Ausfallzeiten und verkürzt Entwicklungszyklen. Automatische Synchronisation und transparente Datenvisualisierung verbessern die Effizienz und Entscheidungsfindung, während Feedback-Schleifen eine kontinuierliche Prozessoptimierung sicherstellen.

Was macht das Änderungsmanagement einzigartig?

• Transparenz und Übersicht:
  Mit Hilfe des Änderungsmanagements werden Anpassungen am Datenmodell für alle Stakeholder sichtbar. Benutzer erhalten gezielte Informationen zu den Auswirkungen auf ihr Arbeitsfeld und können direkt verknüpfte Planungs-, Engineering- oder Produktionsschritte einsehen. Dies fördert eine bessere Zusammenarbeit und Entscheidungsfindung.
• Maximale Agilität:
  Dank Datendurchgängigkeit und dem Aufzeigen von Dateninkonsistenzen kann auf Änderungen reagiert werden, noch bevor diese wirksam werden. Dies erhöht die Reaktionsfähigkeit und Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens.
• Single Source of Truth:
  Durch die Einführung einer Single Source of Truth und eines Versionsmanagements werden inkonsistente Informationen vermieden. Dies schafft Klarheit und Vertrauen in die Daten, was die Effizienz und Genauigkeit der Produktionsprozesse erhöht.

Was macht den Digitalen Steuerungszwilling einzigartig?

• Echtzeit-Anpassungen ohne Programmierkenntnisse:
  Der Steuerungszwilling ermöglicht Hardware-unabhängig schnelle und intuitive Anpassungen in Echtzeit (auch remote), ohne dass Programmierkenntnisse erforderlich sind. Dies minimiert Ausfallzeiten und beschleunigt Entwicklungszyklen, was die Produktivität steigert.
• Automatische Synchronisation:
  Automatische Synchronisation und transparente Datenvisualisierung verbessern die Effizienz und Entscheidungsfindung. So bleiben alle Beteiligten stets auf dem neuesten Stand, was die Gesamtleistung der Produktion optimiert.
• Kontinuierliche Prozessoptimierung:
  Feedback-Schleifen im Steuerungszwilling sorgen für eine kontinuierliche Prozessoptimierung. Dies ermöglicht eine flexible und skalierbare Produktionsumgebung, die sich schnell an neue Anforderungen anpassen kann. Zudem werden Prozessinformation in einer Digitalen Akte persistiert, mit dem gefertigten Bauteil verknüpft und für Analysen, Dokumentationen sowie Simulationen bereitgestellt.
• Zukunftssichere Produktion:
  Mit unserem integrierten und agilen System setzen wir neue Maßstäbe in der Produktion. Dies schafft die Grundlage für eine resiliente und zukunftssichere Fertigungslandschaft, die langfr

Wie können die Forschungsinhalte im Reallabor erlebt werden?

• Änderungen (egal ob im Engineering oder direkt in der Produktionszelle) werden in der Applikation für alle Stakeholder transparent. Zudem unterstützt die Applikation die Datenkonsistenz wiederherzustellen.
• Die Digitale Akte und das Prozessdashboard geben detaillierte Informationen zum gefertigten Produkt und dem Produktionsprozess.
• Der Digitale Steuerungszwilling ermöglicht es jedem Besucher Änderungen in der Reihenfolge des Klebeprozesses ohne Programmierkenntnisse umzusetzen.

Warum diese Lösung den Produktionsprozess resilienter macht

Das auf einem Informationsmodell mit Ontologie basierende Änderungsmanagement und der Digitale Steuerungszwilling ermöglichen schnelle, transparente und konsistente Anpassungen in Echtzeit, wodurch Produktionsprozesse flexibler und reaktionsfähiger auf Veränderungen werden. Die durchgängige Datenbasis und die Zeitersparnis erhöhen die Iterationen in Planung und Engineering, was zu einer kontinuierlichen Prozessoptimierung und einer gesteigerten Resilienz der gesamten Produktionsumgebung führt.

Die Lösung bringt einen völlig neuen Ansatz in die Qualitätsprüfung und verbindet fortschrittliche Technologien mit einfacher Bedienung. Der Demonstrator, der im Reallabor vorgestellt wird, zeigt, wie Qualitätskontrolle effizienter, anpassungsfähiger und benutzerfreundlicher gestaltet werden kann.

Was macht diese Lösung einzigartig?

• Schnelles Anlernen neuer Aufgaben:
  In Rekordzeit können Mitarbeitende neue Qualitätsprüfungsaufgaben an das System anlernen – und das ohne spezielles Fachwissen. Im Vergleich zum industriellen Standard ist dieser Ansatz schneller und flexibler.
• Zero-Shot and Few-Shot Learning
  
• Der Benutzer kann auf Grundlage der Konstruktionsdateien unsere Qualitätsprüfungs-Pipeline ohne Datenerfassung und zeitaufwändige Annotationen anlernen. Selbst für anspruchsvolle Anwendungen genügen wenige annotierte Bilder, um unser System zu trainieren.
• Robustheit gegen Umgebungsänderungen:
  Das System bleibt auch unter wechselnden Produktionsbedingungen stabil. Ob Änderungen in Beleuchtung, Positionierung oder Produkteigenschaften wie Farbe und Textur – die Qualitätsprüfung bleibt zuverlässig.
• Erklärbare KI:
  Die Lösung setzt auf eine verständliche und vertrauenswürdige Kommunikation zwischen Mensch und KI. Die Ergebnisse sind nicht nur transparent und nachvollziehbar, sondern können vom Nutzer durch die KI-basierte Erklärung weiter verfeinert werden.
• Einfache Bedienung:
  Die Benutzeroberfläche ermöglicht es, selbst komplexe Prüfaufgaben intuitiv und schnell umzusetzen – einschließlich der Überprüfung von Farbe, Geometrie und relativer Position – und kann dabei auch mehrteilige Industrieobjekte verarbeiten, ohne dass tiefgehende technische Kenntnisse erforderlich sind.
• Standardisierte Hardware:
  Markterhältliche Standard-Hardware kann genutzt werden, was die Kosten für weitere Instanzen erheblich reduziert.
• Ohne Expertenwissen:
  Da keine spezialisierten Fachkräfte nötig sind, wird die Anwendung auch für kleinere und mittelständische Unternehmen erschwinglich und skalierbar.

Wie kann der KI-Inspektor im Reallabor erlebt werden?

Die Benutzeroberfläche des KI-Inspektors kann im Reallabor selbst bedient werden. Selbst komplexe Prüfaufgaben können intuitiv und schnell umgesetzt werden - einschließlich der Überprüfung von Farbe, Geometrie und relativer Position – und kann dabei auch mehrteilige Industrieobjekte verarbeiten, ohne dass tiefgehende technische Kenntnisse erforderlich sind.

Warum diese Lösung den Produktionsprozess resilienter macht

Die Lösung stärkt die Resilienz der Produktion durch ihre hohe Anpassungsfähigkeit und Robustheit. Neue Qualitätsprüfungsaufgaben können schnell und ohne Expertenwissen eingerichtet werden, während das System stabil bleibt, selbst bei Änderungen in der Produktionsumgebung wie Beleuchtung oder Produkteigenschaften. Die intuitive Bedienung und erklärbare KI ermöglichen schnelle Reaktionen auf Veränderungen, minimieren Ausfallzeiten und sorgen für frühzeitige Fehlerbehebung. Dank der Nutzung standardisierter Hardware und der Skalierbarkeit bleibt das System kosteneffizient und flexibel, was die Produktion widerstandsfähiger gegen Herausforderungen macht.

Das Reallabor soll ein widerstandsfähiges Produktionskonzept darstellen, welches sich schnell an unvorhersehbare Veränderungen der Markt- und Technologieanforderungen anpassen kann. Die Integration von autonomen mobilen Robotern (AMRs) ist somit ein bedeutender Schritt zur Verwirklichung eines belastbaren und resilienten Produktionssystems. Die AMRs bieten einen flexiblen und anpassungsfähigen Materialtransport. Durch den kontinuierlichen Betrieb sind eine Effizienzsteigerung des Produktionsprozesses, reduzierte Ausfallzeiten und somit eine erhöhte Gesamtproduktivität gesichert.

Wie kann der AMR CARY im Reallabor erlebt werden?

Der AMR CARY transportiert autonom die benötigten Materialien zu den jeweiligen Stationen. Durch die Übernahme dieser sich wiederholenden und zeitaufwändigen Aufgaben setzt CARY menschliche Arbeitskräfte frei, die sich auf komplexere und wertschöpfende Tätigkeiten konzentrieren können, wodurch letztlich der gesamte Produktionsablauf optimiert wird.

Die Konzentration liegt auf folgenden Forschungsschwerpunkten im Zusammenhang mit dem AMR CARY:

• VDA 5050
• Antriebseinheit
• Sicherheitsfahrsteuerung
• Navigation und Trajektorien
• Ladeelektronik & Stromversorgung
• MIMO-UHF-RFID-Reader

Moderne Assistenzsysteme unterstützen eine resiliente und flexible Produktion durch AR-Technologien, die Mitarbeitende schnell in komplexe Abläufe einarbeiten und Fehler minimieren. Eine Web-App mit Gamification-Elementen fördert eigenverantwortliches Lernen, motiviert Mitarbeitende und ermöglicht schnelle Anpassungen bei veränderten Anforderungen. Robotergestützte Systeme mit fortschrittlicher Sensorik und Anomalie Detektion steigern die Autonomie der Produktion und reagieren flexibel auf Veränderungen. Ergänzt durch Mensch-Roboter-Kollaboration und cloudbasierte Software-Services entsteht eine skalierbare, zukunftssichere und ortsunabhängige Produktionsumgebung.

Unterstützung durch moderne Assistenzsysteme

• Augmented Reality (AR) für flexible Mitarbeitereinsätze
  Mittels der AR-Anwendungen können Mitarbeitende ohne besondere Vorkenntnisse schnell geschult und befähigt werden, komplexe Prozesse auszuführen. Durch präzise visuelle Anleitungen direkt am Montageplatz wird die Fehlerquote signifikant reduziert. Zudem können Anpassungen bei Änderungen im Prozessablauf schnell umgesetzt werden, sodass sich Mitarbeitende flexibel an neue Gegebenheiten anpassen können. Dies ist besonders wertvoll in Situationen mit hoher Personalrotation, da eine zügige Einarbeitung gewährleistet wird.
• Gamification:
  Eine prozessbegleitende Web-App nutzt gezielt Gamification-Elemente, um Mitarbeitende in Montage und Fertigung effektiv zu unterstützen. Sie sorgt für die schnelle Umsetzung neuer Anforderungen, fördert eigenverantwortliches Lernen und stärkt die Zusammenarbeit. Interaktive Inhalte, Herausforderungen und Belohnungen erhöhen die Motivation und ermöglichen eine schnelle Integration von Änderungen, beispielsweise bei neuen Bauteilen. Dieses Konzept wird praxisnah in einem Reallabor getestet und demonstriert, wie digitale Lösungen die Produktion flexibel und zukunftsfähig gestalten.
• Robotergestützte, sensorbasierte Manipulation und Anomalie Detektion:
  Die Flexibilität in der Produktion kann durch den Einsatz von robotergestützter, sensorbasierter Manipulation, Strategien zur Anomalie Detektion und fortschrittlichen Regelungsalgorithmen verbessert werden. Gleichzeitig wird relevante Information aus dem Produktionsprozess bereitgestellt. Eine resiliente Produktion erfordert, dass der Cobot auf externe Störungen im Fertigungsprozess reagiert. Zu diesem Zweck kann der Cobot mit externer Sensorik und speziellen Steuerungsfunktionen wie z.B. Bildverarbeitung und Kraftregelung ausgestattet werden, die ihn befähigen, auf Veränderungen in der Umgebung und Störungen in Echtzeit zu reagieren. Diese Fähigkeit kann mit Anomalie Detektion-Algorithmen gesteigert werden, um das Robotersystem mit möglichst hoher Autonomie auszustatten.
• Mensch-Roboter-Kollaboration:
  Die Zusammenarbeit von Mitarbeitenden und Robotern kann die Produktivität und Qualität manueller Tätigkeiten erhöhen. Die Resilienz wird erhöht durch flexible Zuweisung von Arbeitsschritten nach Ressourcen und Fähigkeiten auf Cobot oder Mitarbeitenden. Sichere und transparente Interaktionen mit Cobots fördern das Engagement und die Akzeptanz der Mitarbeitenden bei manuellen Tätigkeiten.
• Skalierbarkeit und Zukunftssicherheit:
  Die Softwarelösungen nutzen die Cloud, um Prozesse und Systeme jederzeit und überall verfügbar zu machen. Dies reduziert Abhängigkeiten von lokalen Infrastrukturen und erhöht die Flexibilität.

Wie wird das moderne Werkerassistenzsystem im Reallabor erlebbar?

Im Reallabor wird das moderne Werkerassistenzsystem anhand von drei Lösungsansätzen unmittelbar erlebbar. Erstens steht den Werkenden eine HoloLens zur Verfügung, mit deren Hilfe Anweisungen und Hinweise direkt in ihrem Sichtfeld erscheinen. Dabei werden sowohl textuelle Beschreibungen für den jeweils nächsten Arbeitsschritt angezeigt, als auch die entsprechenden Bauteile und deren Positionen in der realen Arbeitsumgebung visuell hervorgehoben. Das System erkennt dabei automatisch den Fortschritt der Werkenden und passt die Unterstützung dynamisch an.

Zweitens werden Gamification-Elemente mittels mobiler Endgeräte direkt an den Arbeitsstationen verfügbar gemacht, sodass deren Effekte auf die Mitarbeitenden unmittelbar erlebt und getestet werden können.

Drittens ermöglicht das Reallabor, verschiedene Modi der Mensch-Roboter-Kollaboration im Montageprozess praktisch auszuprobieren. An speziell dafür ausgewählten Arbeitsstationen haben die Werkenden die Möglichkeit, unterschiedliche Interaktionsformen zwischen Mensch und Roboter aktiv zu erproben und so deren Nutzen und Handhabung unmittelbar kennenzulernen.

Warum diese Lösung die Resilienz des Produktionsprozesses erhöht

Augmented-Reality (AR) und Mensch-Roboter-Kollaboration ermöglichen es, Werkende effizient in neue Prozesse einzuarbeiten und schnell auf veränderte Anforderungen zu reagieren. Insbesondere AR befähigt Mitarbeitenden auch ohne besondere Vorkenntnisse, komplexe Tätigkeiten schnell übernehmen zu können. Das fördert eine flexible Personalrotation und sichert die Arbeitsfähigkeit bei Personalengpässen oder plötzlichen Veränderungen. Die Gamification-Ansätze motivieren und aktivieren die Werkenden neue oder angepasste Prozesse zu erlernen und durchzuführen. Die Mensch-Roboter-Kooperation erlaubt es sich kooperativ ändernden Randbedingungen resilient anzupassen.

Automatisierte Wissensvermittlung

In der modernen Produktionsumgebung ist es entscheidend, dass Wegkehrende stets über die neuesten Veränderungen und Anpassungen in ihren Arbeitsabläufen informiert sind. Das innovative System zur automatisierten, technologiegestützten Wissensvermittlung stellt sicher, dass alle Werkende rechtzeitig und umfassend über relevante Änderungen informiert werden. Dies ermöglicht ihnen, ihren Arbeitsplatz sicher und effizient zu gestalten und handlungsfähig zu bleiben.

Die Lösung bietet individualisierte Lernangebote direkt auf dem Shopfloor. Werkende können so schneller auf Veränderungen reagieren und das erworbene Wissen unmittelbar anwenden. Die Informationen werden in Echtzeit geteilt, was eine sofortige Anpassung an neue Gegebenheiten ermöglicht.

In einer Weiterentwicklung könnte die Feedback-Funktion ein integraler Bestandteil des Systems sein, die es den Mitarbeiterinnen ermöglicht, ihr eigenes Wissen zu teilen und so zur kontinuierlichen Verbesserung der Arbeitsprozesse beizutragen. Dies unterstützten die Dokumentation und Sicherstellung der Wissensstände innerhalb des Unternehmens.

Wie wird die automatisierte Wissensvermittlung im Reallabor erlebbar?

An jedem Arbeitsplatz wird ein Bildschirm hängen, auf dem jedem Mitarbeiter individuell die für diesen Arbeitsplatz relevanten Änderungen angezeigt werden. Sowohl bei Arbeitsbeginn als auch bei laufenden Aktualisierungen.

Dabei stehen dem Mitarbeiter neben einer Text- auch eine Bildinformation zur Verfügung, wahlweise auch im Vergleich zur alten Vorgabe. Ermöglicht wird das durch ein zentrales Vorgabedokument, dass die Abläufe beschreibt und das bei Änderungen aktualisiert wird. Diese Vorgaben werden automatisiert ausgewertet und aufbereitet, bezüglich der auftretenden Änderungen, des relevanten Ortes und der Rolle des Adressaten.

Je nach Anmeldungen mit Namen, Rolle und Arbeitsplatz werden dann passgenau die relevanten Änderungen seit dem letzten LogIn angezeigt.

Warum diese Lösung die Resilienz des Produktionsprozesses erhöht

Mitarbeitende werden in Echtzeit über Änderungen informiert und es werden ihnen individualisierte Lernangebote direkt auf dem Shopfloor bereitstellt. Dadurch können sie schnell und effizient auf neue Anforderungen reagieren. Intuitive und ergonomische Informationsbereitstellung sowie moderne Technologien fördern die Sicherheit und Zusammenarbeit. Die Feedback-Funktion ermöglicht Wissensaustausch und kontinuierliche Prozessoptimierung, während die Dokumentation des Wissens langfristige Stabilität gewährleistet. So bleibt der Produktionsprozess flexibel, handlungsfähig und widerstandsfähig gegenüber Veränderungen.

Co-Creation ist ein innovativer Ansatz zur gemeinsamen Entwicklung von Lösungen, der die Expertise verschiedener Partner zusammenführt. Im Kontext der resilienten Produktion ermöglicht Co-Creation die schnelle und effektive Anpassung an neue Herausforderungen durch die Zusammenarbeit von Forschung, Industrie und weiteren Stakeholdern.

Bedeutung der Co-Creation

• Gemeinsame Entwicklung: Co-Creation bringt verschiedene Partner mit unterschiedlicher Expertise zusammen, um gemeinsam innovative Lösungen zu entwickeln. Durch die Kombination von Perspektiven und Kompetenzen entstehen praxisnahe und zukunftsfähige Konzepte.
• Schnelle Anpassung: Die enge Zusammenarbeit ermöglicht es, schnell auf neue Anforderungen und Herausforderungen zu reagieren. Lösungen können direkt an die Bedürfnisse der Anwender angepasst werden.
• Praxisnahe Innovation: Durch die Einbindung verschiedener Stakeholder werden Lösungen entwickelt, die sowohl technologisch innovativ als auch praktisch umsetzbar sind.

Wie wird Co-Creation im Reallabor erlebbar?

Das Reallabor bietet eine einzigartige Plattform für Co-Creation. Hier können Partner aus Forschung und Industrie gemeinsam an konkreten Herausforderungen arbeiten und Lösungen direkt in einer realitätsnahen Umgebung testen.

Besucher erleben:

• Wie verschiedene Partner zusammenarbeiten
• Wie Ideen in konkrete Lösungen umgesetzt werden
• Wie Technologien und Konzepte in der Praxis funktionieren
• Wie Feedback direkt in die Weiterentwicklung einfließt

Warum Co-Creation die Resilienz des Produktionsprozesses erhöht

Co-Creation trägt wesentlich zur Resilienz bei:

• Durch die Zusammenführung verschiedener Expertisen können Herausforderungen schneller und effektiver bewältigt werden
• Die direkte Einbindung aller Stakeholder führt zu praxistauglichen und nachhaltigen Lösungen
• Kontinuierliche Verbesserung durch direktes Feedback und schnelle Anpassungen
• Aufbau eines starken Partnernetzwerks für zukünftige Herausforderungen

Vorteile der Co-Creation

Die Co-Creation im Reallabor bietet zahlreiche Vorteile:

• Schnellere Entwicklung von Lösungen durch gebündelte Expertise
• Höhere Qualität durch verschiedene Perspektiven und Erfahrungen
• Bessere Akzeptanz der entwickelten Lösungen
• Stärkung der Innovationsfähigkeit aller Beteiligten
• Aufbau langfristiger Partnerschaften

Zukunftsperspektive

Co-Creation wird auch in Zukunft eine zentrale Rolle spielen:

• Weiterentwicklung der Zusammenarbeitsmodelle
• Integration neuer Partner und Technologien
• Ausbau des Reallabors als Innovationsplattform
• Stärkung der regionalen und überregionalen Zusammenarbeit

Was ist das Werk 4.0 Verständnis von Resilienz?

Resilienz im Kontext von Unternehmen kann mit Bezug zu drei verschiedenen Aspekten betrachtet werden:

• Individuelle Resilienz der in der Organisation arbeitenden Menschen
• Resiliente Gestaltung der Organisation
• Technologische Resilienz auf Basis von Industrie 4.0 Szenarien

Das Projekt Werk 4.0 beschäftigt sich mit dem Thema Resilienz ausgehend von Technologischer Resilienz durch Lösungen der Industrie 4.0 und stellt die Frage, wie die Resilienz von Organisationen mittels Technologie gestärkt werden kann in den Mittelpunkt. Bei der Entwicklung der Technologien werden deren Wechselwirkungen mit der Organisation und den Menschen in der Organisation als elementare Gestaltungselemente mit erforscht.

Ziel ist es, verstehbar und messbar zu machen, mit welchen technischen und organisatorischen Stellhebeln eine Organisation resilienter werden kann und den Beitrag von Anlagen- und Prozessdesigns zur Resilienz zu einer Entscheidungsgröße bei Investitionen zu machen.

Wie kann man Resilienz im Reallabor erleben?

Durch die Simulation beispielhafter Resilienz-Szenarien + ggf. spontan entwickelter Szenarien, Infodashboards, dem Werk 4.0 Intro Film sowie durch ergänzende Workshops & Gespräche.

Was steckt dahinter?

Um die Wirkung der in den Arbeitspaketen des Werk 4.0 entstehenden Lösungen auf die Resilienz und den Aufbau eines resilienten Kompetenzwerkes besser zu verstehen, wurden im Mai 2024 zunächst 5 Beispiel-Szenarien festgelegt, für die die AP rückgemeldet haben, inwieweit ihre Technologie helfen können, wenn das jeweilige Resilienz-Ereignis eintritt.

Ausgehend von der vertieften Beschreibung von 5 Beispiel-Szenarien soll ermittelt werden, wie die Wirkung der Technologien und Lösungen des Werk 4.0 auch auf weitere überraschende und unbekanntere Szenarien sein kann.

Folgende Beispiel-Szenarien wurden ausgewählt, um die Lösungsbausteine der Arbeitspakete erproben zu können:

• Szenario 1 – Fehlende Auslastung
• Szenario 2 - Änderung technischer Eigenschaften im Serienbetrieb
• Szenario 3 – Upgrade / Ersatz einer Maschine
• Szenario 4 - Flexibler Einsatz von Mitarbeitern
• Szenario 5 – Fehler im Fertigungsprozess

Die Wirkung der Lösungen des Werk 4.0 spiegelt sich in einer Beeinflussung der unten dargestellten Kurve wieder.

Mit den Lösungen des resilienten Kompetenzwerk wird z.B. durch eine schnellere Respond/Recover-Zeit die Kurve gestaucht oder durch Bemühungen im Bereich Prevent/Protect der Abfall der Kurve im Resilienzfall reduziert. Mit Hilfe dieser Kurve kann also die Wirkung von resilienten Technologielösungen beschrieben werden und eine informierte Entscheidung in Bezug auf den Ressourceneinsatz zur Stärkung von Resilienz getroffen werden.

In einer sich wandelnden Industrie gewinnt Flexibilität zunehmend an Bedeutung. Kollaborative Roboter (Co-Bots) sind nicht nur technologische Innovationen, sondern auch ein Katalysator für neue Geschäftsmodelle, die maßgeschneiderten Lösungen für unterschiedliche Unternehmensanforderungen bieten. Im Rahmen des Projektes "Werk 4.0" wurden Einsatzmöglichkeiten für as-a-Service Geschäftsmodelle betrachtet und eine Entscheidungshilfe für folgende Geschäftsmodelle zu Co-Bot Nutzung entwickelt:

• Der direkte (klassische) Kauf eines Co-Bots bietet Unternehmen volle Kontrolle über die Technologie. Diese Option eignet sich besonders für Unternehmen, die langfristige und planbare Produktionsprozesse haben und sich durch konstante Nutzung und Eigenverantwortung aus.
• Das zeitbasierte Modell – oft in Form von Miet- oder Leasingverträgen – ermöglicht Unternehmen, Co-Bots flexibel für einen bestimmten Zeitraum einzusetzen. (Pay-per-hour)
• Beim ergebnisbasierten Modell zahlen Unternehmen nur für die erbrachte Leistung des Co-Bots, z.B. die Anzahl montierter Bauteile oder hergestellter Werkstücke. (Pay-per-result)
• Beim nutzenbasierten Modell zahlen Unternehmen nur für den tatsächlichen Einsatz eines Systems, beim Co-Bot z.B. Bewegung pro Schraubvorgang (Pay-per-use)

Die Auswahl des geeigneten Geschäftsmodells ist entscheidend, um die Vorteile für das eigene Unternehmen auszuschöpfen. Dabei lassen servicebasierte Geschäftsmodelle viele Möglichkeiten für die Kombination einer Technologienutzung mit begleitenden Services (z.B. Training, Wartung, Datenauswertung) in einem Geschäftsmodell. Eine Entscheidungshilfe in Form eines Geschäftsmodell-Chats wurde im Rahmen des Projektes Werk 4.0 entwickelt. Die Abfrage zielt auf wichtige Entscheidungskriterien ab und formuliert Aussagen, die der potenzielle Kunde für sich bewerten muss. Am Ende wird auf Basis der Bewertung ein Geschäftsmodell empfohlen und die passenden Vertragsunterlagen direkt zur Verfügung gestellt.

Wie wird der Geschäftsmodell-Konfigurator im Reallabor erlebbar?

Über den Geschäftsmodell-O-Mat direkt im Reallabor und schaue, welches Geschäftsmodell dir auf Basis deiner Eingaben empfohlen wird.

Warum diese Lösung die Resilienz eines Produktionsprozesses erhöht

Die Co-Bot-Nutzung erhöht die Resilienz von Produktionsprozessen, indem sie Flexibilität und Anpassungsfähigkeit fördert. Zeit- und ergebnisbasierte Modelle ermöglichen es Unternehmen, Co-Bots bedarfsgerecht einzusetzen, ohne hohe Anfangsinvestitionen oder langfristige Verpflichtungen einzugehen. Dies schützt vor wirtschaftlichen Unsicherheiten und erlaubt eine schnelle Reaktion auf Nachfrageschwankungen oder Produktionsänderungen. Die skalierbare und bedarfsgerechte Nutzung reduziert Kosten, optimiert Ressourcen und minimiert Abhängigkeiten von fester Infrastruktur. Damit solche Geschäftsmodelle auch skaliert werden können, muss das Wissen gebündelt und die zukünftige Beratung standardisiert werden.

Die verschiedenen Stationen und Technologien sind darauf ausgelegt, die Interaktion zwischen menschlichen Arbeitern und automatisierten Systemen zu optimieren und die Produktionsprozesse zu verbessern.

Diese Station ist speziell für die Mensch-Maschine Kooperation konzipiert. Eine effiziente Produktion wird hier durch die enge Zusammenarbeit zwischen Mensch und Co-Bot ermöglicht.

Die Station erlaubt es, flexibel zwischen verschiedenen Kollaborationsszenarien von Mensch und Co-Bot zu wechseln, wobei dem Werker und Roboter je nach Szenario spezifische Arbeitsschritte zugewiesen werden, die sich in der Taktzeit unterscheiden. Diese Flexibilität ermöglicht eine adaptive Anpassung der Produktionsgeschwindigkeit an unterschiedliche Anforderungen, etwa bei personellen Engpässen, ergonomischen Belastungen oder Qualitätssicherungsmaßnahmen.

Der Roboter verschraubt automatisiert Bauteile, wobei ein integriertes Radarsystem für die sichere Ausführung der Montage sorgt.

Was den Prozess einzigartig macht

Der Prozess läuft vollständig autonom ab und erfordert keine manuellen Eingriffe. Unterstützt wird der Roboter durch eine Kameratechnik, die die exakte Positionierung überwacht und zur Prozessführung sowie Qualitätskontrolle beiträgt. Ergänzt wird das System durch eine Anomalieerkennung, die zuverlässig erkennt, ob ein Gewindeeingang korrekt getroffen wurde und fehlerhafte Verschraubungen frühzeitig identifiziert.

Warum diese Lösung die Produktion resilienter macht

Durch diese Kombination aus Automatisierung, intelligenter Überwachung und Fehlererkennung trägt OP3 entscheidend zur Resilienz des Produktionssystems bei – flexibel, fehlertolerant und unabhängig von Personalverfügbarkeit.