Projekt-Zusammenfassung
Durch die hohe Innovationskraft hat sich der deutsche Maschinen- und Anlagenbau eine weltweit führende Position erarbeitet und gilt als Ausrüster der Welt. Um diesen Vorsprung im aktuellen Spannungsfeld zunehmend individualisierter Produkte und volatiler Märkte zu erhalten, bedarf es kontinuierlicher Weiterentwicklung. Der hybride Leichtbau als Kombination von Faserverbund und Metall bietet durch Funktionsintegration und die Reduktion des Bauteilgewichts ein hohes Potenzial und stellt einen Wachstumsmarkt dar. Um an diesem Wachstumsmarkt zu partizipieren, schlossen sich unterstützt durch den VDMA zehn Industrieunternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau, der Automatisierungs- und Steuerungsbranche, der optischen Qualitätssicherung sowie Bauteilhersteller und ein OEM mit den beiden Karlsruher Forschungsinstituten im Projekt „Modulare Produktionsanlagen für hochbelastbare Hybridbauteile“, kurz „MoPaHyb“, zusammen.
Im Projekt MoPaHyb wurde von den Konsortialpartnern eine modulare Anlagenarchitektur für die wirtschaftliche Herstellung hybrider Bauteile entwickelt. Einzelne Module für die verschiedenen Prozessschritte wie Fügeoperationen, Handhabung und Qualitätssicherung werden dabei über eine Leitsteuerung zu einer Gesamtanlage verbunden, welche durch den Austausch einzelner Module für die Produktion anderer Bauteile rekonfiguriert werden kann. Die Ansteuerung der Modulfunktionen basiert erstmals in einer Produktionsanlage dieser Größenordnung auf einem serviceorientierten Ansatz. Die Konfiguration, Inbetriebnahme und Rekonfiguration einer solchen Produktionsanlage erfolgt über einen sogenannten Modulbaukasten, der den Prozess des Anlagenengineerings deutlich verkürzt. Dieser aufgabenorientierte Engineeringprozess erlaubt eine schnelle Konfiguration der Anlage bis hin zur automatisierten Generierung des Ablaufsteuerungscodes.
Zusätzlich zu den Arbeiten im Bereich der Steuerungstechnik und Anlagenkonfiguration wurden in einzelnen Teildisziplinen wie der optischen Qualitätsmessung, dem Recycling von Tape-Verschnitt und der Optimierung der Anhaftungsgüte, um nur einige zu nennen, signifikante Fortschritte erzielt.
Parallel zur technischen Forschung und Entwicklung wurden Geschäftsmodelle erforscht, um eine solche modulare Produktionsanlage erfolgreich am Markt platzieren zu können. Neben einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigt ein Businessplan einen möglichen Vertrieb in Form eines Systemhauses.
Der Aufbau und erfolgreiche Betrieb einer Referenzanlage zur Herstellung hybrider Bauteile im industriellen Maßstab zeigt das Potenzial der erarbeiteten Lösung. Die realisierte Anlagenarchitektur kann dabei auch in diversen anderen Branchen und Anwendungsfeldern, wie z.B. der Fertigung von Batteriezellen oder Elektromotoren, Anwendung finden. Durch die Nutzung moderner Kommunikationsprotokolle wie OPC UA bietet die aufgebaute Produktionsanlage eine hervorragende Ausgangsposition, um auch den Anforderungen der digitalisierten Fertigung gerecht zu werden. Die Projektergebnisse stellen eine sowohl qualitative als auch wirtschaftliche Verbesserung der Herstellung hybrider Bauteile dar, wodurch die Projektpartner eine ausgezeichnete Ausgangsbasis im Wachstumsmarkt des hybriden Leichtbaus haben.
Die im Projekt erarbeiteten Ergebnisse in den Bereichen hybrider Leichtbau sowie der Steuerungsarchitektur und der Konfiguration modularer Anlagen sind in den Beiträgen der jeweiligen Forschungspartner erklärt. Sollten Sie Interesse an einem detaillierteren Austausch haben, sind Sie herzlich eingeladen, Kontakt mit den Ansprechpersonen aufzunehmen.
Dank gilt allen Projektpartnern im MoPaHyb-Konsortium, die durch ihr hohes Engagement zum Gelingen des Projekts beigetragen haben. Das Konsortium bedankt sich weiterhin bei dem Bundesministerium für Bildung und Forschung für die Förderung dieses Projekts sowie dem Projektträger Karlsruhe in Person von Herrn Dr. Michael Große für seine Unterstützung.
Transfer der Forschungsergebnisse
Aufgrund des Erfolgs des Forschungsprojektes und der großen Relevanz der erarbeiteten Projektergebnisse für die deutsche Wirtschaft hat der Fördergeber eine Weiterfinanzierung der akademischen Projektpartner bewilligt. Ziel dieser zusätzlichen Förderung ist zum einen der Erhalt der im Rahmen der regulären Projektlaufzeit aufgebauten Referenzanlage über einen Zeitraum von weiteren fünf Jahren und zusätzlich der Transfer der Projektinhalte in die Industrie.
Durch das Commitment der Modulhersteller, die entwickelten Produktionsmodule weiterhin den Forschungspartnern zur Verfügung zu stellen, entsteht am Fraunhofer ICT ein Transferzentrum Hybrider Leichtbau. Neben den bestehenden Modulen wird die Anlage um weitere Module zur Funktionalisierung von Oberflächen erweitert. Durch eine Adapterplatte mit Heißkanalumlenkung können ebenfalls andere Werkzeuge im Spritz-Pressen-Verbund eingesetzt werden, was weiterführende Prozess- und Materialentwicklungen ermöglicht. Hierdurch entsteht eine einmalige Versuchslandschaft für die konsequente Weiterentwicklung hybrider Leichtbautechnologien.
Neben dem Transferzentrum Hybrider Leichtbau wird am wbk Institut für Produktionstechnik eine schnell rekonfigurierbare modulare Schulungsanlage aufgebaut. Diese Schulungsanlage dient als Lernplattform für Industrie und Studenten, um neue Ansätze in der Steuerungstechnik und der Konfiguration modularer Anlagen zu vermitteln. Sie dient weiterhin der aktiven Weiterentwicklung der modularen Steuerungsarchitektur, um auch zukünftigen Anforderungen in der Produktionstechnik begegnen zu können.
Zur Vermittlung der Projektergebnisse werden das Fraunhofer ICT und das wbk Institut für Produktionstechnik ein Workshop- und Schulungsangebot ausarbeiten. Dies soll Interessierten die Möglichkeit geben, praxisnah zu lernen und an den Forschungsergebnissen zu partizipieren.
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