Nachdem Unternehmen aller Wirtschaftszweige pandemiebedingt in kürzester Zeit ihre Prozesse umstellen mussten, folgen aufgrund internationaler Konflikte mit Materialknappheit und Energieengpässen die nächsten Herausforderungen. Gleichzeitig kämpfen viele Unternehmen mit dem Fachkräftemangel und internationaler Konkurrenz, die den Kosten- und Zeitdruck verschärfen. Nicht zu vergessen die Transformationsaufgabe, vor die der Klimawandel Wirtschaft und Gesellschaft gleichermaßen stellt. All diese Faktoren zwingen große wie kleine und mittelständische Unternehmen, ihre Methoden, Prozesse und Technologien neu zu denken.
F&E-Bedarf in der Industrie ermittelt
Mit Blick auf den künftigen Bedarf der Industrie hat das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Hintergrundgespräche mit Führungskräften verschiedener Branchen im produzierenden Gewerbe geführt. Sie haben ihre Einschätzung zum technischen und methodischen Entwicklungsstand sowie zu anstehenden Aufgaben in ihren jeweiligen Industriezweigen geteilt. Daraus wurden widerum Forschungs- und Entwicklungsbedarfe für die folgenden fünf Themenfelder abgeleitet:
Datenmanagement, -vernetzung und -analyse: Effizientes Datenhandling, sichere Datenübertragung und intelligente Datennutzung heben die Wertschöpfung auf eine neue Stufe. Prozesse können vereinfacht und beschleunigt werden, z.B. mit Künstlicher Intelligenz (KI) und Maschinellem Lernen. Intelligente Ablaufsteuerung wird ebenso Realität wie adaptive Assistenzsysteme, die das Variantenmanagement, die Qualitätssicherung oder die Instandhaltung des Maschinenparks unterstützen.
Fertigungssysteme und Produktionssteuerung: Eine datengetriebene, vernetzte Fertigung bringt Flexibilität in die Produktion. Statt hochintegrierter, fest verketteter Anlagen favorisieren Hersteller zunehmend modulare Anlagensysteme, die flexibel miteinander vernetzt werden, um verschiedenste Varianten eines Produkts oder unterschiedliche Produkte zu fertigen. Automatisierungslösungen adressieren nicht nur Produktions- und Montageprozesse, sondern auch die Intraprozess-Logistik im Shopfloor.
Intelligente mechatronische Anlagentechnik: Integrierte Sensorik und Netzwerktechnologien helfen, den Zustand und das Verhalten von Anlagen zu überwachen und in Digitalen Zwillingen abzubilden. Damit lassen sich Prozesse effizienter einstellen als je zuvor. Moderne Kraftregelung und neue Lösungen zur Mensch-Roboter-Kooperation machen Roboter zu universell einsetzbaren Bearbeitungsmaschinen. Bearbeitungsstrategien für neue umweltfreundliche Hochleistungswerkstoffe beschäftigen die Unternehmen ebenso wie urformende Verfahren.
Wissen und Assistenz in der Produktion: Hochkomplexe Technologien müssen für die Bedienenden beherrschbar gemacht werden, auch wenn ihre Ausgangsqualifizierung für den Umgang damit nicht optimal ist. Kontextsensitive Assistenzsysteme unterstützen dabei situationsgerecht und sichern das Knowhow von Prozessexpertinnen und -experten im Unternehmen. Technologieorientierte Weiterbildungen, Serious Games und realitätsnahe Lernfabriken vermitteln Produktionsmanagement- und -steuerungsmethoden interaktiv.
Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit: Verlangsamte oder geschlossene Energie- und Materialkreisläufe in einer Kreislaufwirtschaft helfen, den Ressourcen- und Energieverbrauch zu reduzieren, während weniger Abfall und Emissionen anfallen. Ein wichtiger Schlüssel liegt dabei im Remanufacturing und Refurbishing. Am Ende der Nutzungszeit werden Produkte nicht entsorgt, sondern aufgearbeitet oder in Bestandteile zerlegt, die verwertet oder sogar weiterverwendet werden können.
mst/Fraunhofer IPK