Fraunhofer IPK

Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik

Digital vernetzt – Forschungskompetenz für den Standort Berlin

Die fortschreitende Digitalisierung wird unser Leben insgesamt, aber speziell die Mobilität, den Bereich der kritischen Infrastrukturen, die Medizin sowie alle Produktions- und Wirtschaftsprozesse noch stärker verändern als bisher. Die vier Berliner Fraunhofer-Institute FOKUS, HHI, IPK und IZM bündeln deshalb im Fraunhofer Leistungszentrum »Digitale Vernetzung« ihre FuE-Kapazitäten in den Bereichen IKT, Datenverarbeitung und -aufbereitung, Entwicklung und Bereitstellung elektronischer Systeme sowie Produktion und Mikroelektronik. Ihr Ziel ist es, Berlin mit seinem Portfolio aus Fraunhofer-Instituten, weiteren renommierten Forschungseinrichtungen, Universitäten, Unternehmen und seiner spannenden Start-Up-Szene als Leuchtturm für die nächste Welle der Digitalisierung zu positionieren.

Fraunhofer Leistungszentrum
Die digitale Vernetzung aller Daten, Prozesse und Personen sorgt für Transparenz und Reaktionsfähigkeit und optimiert ganzheitlich Geschäftsabläufe und Wertschöpfungsprozesse. Kurz: Sie macht diese intelligent und stellt Mechanismen und aufbereitete Informationen bereit, die für eine effiziente Steuerung von Geräten und Prozessen genutzt werden können.

Im Fraunhofer Leistungszentrum »Digitale Vernetzung« vereinen die Fraunhofer-Institute FOKUS, HHI, IPK und IZM ihre Kompetenzen und Aktivitäten für die koordinierte Entwicklung und Verankerung der Informations- und Kommunikationstechnik als nachhaltigen Technologieschwerpunkt am Standort Berlin. Die Aufbau- und Pilotphase sowie die Durchführung von Kooperationsprojekten der Institute untereinander und mit der Industrie werden mit Mitteln des Landes Berlin und der Fraunhofer-Gesellschaft sowie über Projekte mit der Industrie finanziert. Ziel des Leistungszentrums ist es, die Institute und Berlin als Standort mit der scharf abgegrenzten und strategisch wichtigen Kernkompetenz der digitalen Vernetzung in Deutschland und international als führend zu etablieren. Neben dem Standortvorteil, politisch im Zentrum des Geschehens zu sein, muss die für die weltweite Wirtschaft strategisch wichtige IKT-Kompetenz klar verankert und mit Berlin verbunden werden, um langfristig die Wettbewerbsfähigkeit, wirtschaftliche Wertschöpfung und soziale Entwicklung der Hauptstadtregion zu sichern.

Im Leistungszentrum werden dafür sowohl Basis- und Querschnittstechnologien als auch Lösungen für die vier Anwendungsbereiche Industrie und Produktion, Mobilität und Zukunftsstadt, Gesundheit und Medizin sowie kritische Infrastrukturen und Energie erforscht. Den Kern dabei bilden die vier Transferzentren an den beteiligten Instituten zu den technologischen Schwerpunkten Industrie 4.0, Internet of Things, CPS Hardware und 5G-Kommunikation der nächsten Mobilfunk-Generation. Hier können die in den Projekten entwickelten Technologien in prototypisch umgesetzten Szenarien implementiert, demonstriert und von Unternehmen getestet werden.

Smarte Technologien für die digital integrierte Produktion
Die Forschungsaktivitäten zur Digitalisierung in der Industrie, insbesondere der digital integrierten Produktion für die Industrie 4.0, folgen dabei dem Leitbild des Fraunhofer IPK, die Industrie umfassend entlang der Wertschöpfungskette der industriellen Produktion zu unterstützen: von der virtuellen Produktentwicklung, der Planung und Steuerung der Produktion, der Maschinen und Technologien der Teilefertigung, der Automatisierung bis hin zu den damit verbundenen Prozessen im Unternehmen und mit seinen Partnern.

In Anlehnung an die Industrie-4.0-Architektur erstrecken sich die thematischen Handlungsfelder des Instituts über die Hierarchieebenen Enterprise and Connected World, Smart Factory und Cyber-physical Systems. Ziel ist es, für das Zusammenspiel von Fertigungsprozessen sowie Maschinen- und Anlagenkomponenten in übergreifenden Prozessketten Lösungen für die Produktionstechnik, den Maschinenbau, die Anlagenautomatisierung sowie Sensor- und Aktortechnologien unter Einbindung innovativer Informations- und Kommunikationstechnik voranzutreiben und diese als elementare Bausteine für die effiziente Realisierung von auftragsindividuellen Prozessen zu nutzen. Konkrete Aufgabe der IPK-Experten als Partner für die angewandte Forschung ist es, Visionen und Szenarien für Business Cases zu entwickeln, Schlüsseltechnologien zu erarbeiten und zu erproben sowie Service­angebote und Werkzeuge zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise sollen Anbieter in der Bereitstellung von Industrie-4.0-Lösungen und Anwender bei deren Implementierung unterstützt werden.

Erlebbarkeit digitaler Fabrikzwillinge
Ziel des Projekts ist es, ein Testbed für digitale Fabrikzwillinge aufzubauen, das als virtuelle Interaktionsplattform für die Steuerung und Absicherung von Fabrikprozessen dient. Die Visualisierung und Interaktion soll auf Basis eines mobilen Virtual-Reality-Systems sowie eines Human-Machine-Interaction-Devices erfolgen. Der digitale Zwilling soll kontinuierlich mit Daten und Informationen angereichert werden, damit er den realen Ist-Zustand widerspiegelt. Er lässt Realität und Virtualität verschmelzen, schafft Transparenz innerhalb komplexer Engineering-Vorgänge und ist ein unerlässliches Werkzeug für die Entwicklung von cyber-physischen Systemen. Das Testbed wird die Implementierung von praxisrelevanten Anwendungsfällen zur virtuellen Inbetriebnahme oder für Reengineering ermöglichen.

I4.0-Koffer – Realisierung schneller Prototypen
Hauptziel der zu entwickelnden Lösung ist es, produzierende KMU in die Lage zu versetzen, ihre Wertschöpfung effizient und individuell nachverfolgen zu können. Dazu werden für diese Unternehmen die Investitionskosten und Zeiten zur Planung und Implementierung von Lösungen für die fertigungsnahe Steuerung reduziert und die Bereitstellung von auftragsspezifischen Parametern auf Einzelteilebene ermöglicht. Mit Hilfe des Industrie-4.0-Koffers sollen KMU befähigt werden, Prototypen für die Vernetzung von Maschinen und Anlagen zur auftragsindividuellen Einplanung schnell und ad hoc zu implementieren und besondere Aufträge nachzuverfolgen.

Sensorik in additiv gefertigten Bauteilen
In dem geplanten Projekt werden Lösungen für die Einbettung von Sensorik in additive Bauteile entwickelt. Die additiven Verfahren werden dafür unter Berücksichtigung von prozess- und materialwissenschaftlichen Aspekten angepasst. Smarte Bauteile sind wichtige Elemente cyber-physischer Systeme und unterstützen den digitalen Wandel zu neuen Wertschöpfungs- und Geschäftsmodellen. Lösungen für deren fertigungstechnische Realisierung stehen noch am Anfang. Als Ergebnis der FuE-Arbeiten sollen sensorische Systemkomponenten mit hoher Funktionsdichte ohne fertigungsbedingte Einschränkungen additiv hergestellt werden können.
 
Transferzentrum
Zur Bündelung der Aktivitäten sowie koordinierten Verankerung der Forschungsergebnisse wird am Fraunhofer IPK das Kompetenz- und Anwendungszentrum »Digital Integrierte Produktion« etabliert. Es hat die Aufgabe, Anbieter aus den Bereichen Informations- und Kommunikationstechnik sowie Automatisierungsausrüster mit der produzierenden Industrie zusammenzubringen. Außerdem soll es relevante Entwicklungs- und Forschungsthemen identifizieren und Unternehmen bei der Anbahnung von gemeinsamen Projekten und deren Umsetzung unterstützen. Hierzu gehören auch der Aufbau und die Bereitstellung von Infrastrukturen, um in unterschiedlichen Szenarien Anwendungslösungen des digital vernetzten Arbeitens in der Produktion und an Anlagen entwickeln, erproben und medienwirksam demonstrieren zu können. Dafür werden am Fraunhofer IPK auch neueste Informations- und Kommunikationstechnologien sowie Technologien virtueller Assistenz genutzt.

Für Industriepartner besteht die Möglichkeit, innerhalb des Leistungszentrums Digitale Vernetzung im Rahmen von Forschungsprojekten mit den beteiligten Fraunhofer-Instituten zu kooperieren und so vom direkten Transfer der Forschungsergebnisse in die Praxis zu profitieren.