PTW News

Durch die Digitalisierung entstehen neue Möglichkeiten und Potentiale zur Förderung einer nachhaltigen Entwicklung. Bislang scheitert die Nutzung des vollen Potentials digitaler Daten in der Produktentstehung jedoch häufig an der zentralen Verfügbarkeit und der Verknüpfung unterschiedlicher Datenquellen. Im kürzlich gestarteten Forschungsprojekt DiNaPro, welches durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird, steht daher der integrale Digitale Zwilling als zentrales Datenobjekt im Fokus. Der integrale Digitale Zwilling wird über den gesamten Produktlebenszyklus mit Daten angereichert, die den Anwender:innen in Form von datengetriebenen Assistenzsystemen zur Verfügung stehen. So können z.B. während der Produktion Live die CO2-Emissionen überwacht werden oder mittels CO2 adaptiver Prozessplanung eine nachhaltige Betriebsoptimierung durchgeführt werden.

Mit Start zum 01. Oktober 2020 nahm das Verbundprojekt „Kompetenzzentrum für Arbeit und Künstliche Intelligenz im Rhein-Main Gebiet“ (KompAKI) unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralph Bruder (IAD) seine Arbeit auf. Aufgrund seiner Berufung als Präsident an die Universität Oldenburg hat Prof. Dr.-Ing. Joachim Metternich (PTW) zum 01. August 2021 die Rolle des kommissarischen Leiters übernommen.

Wir freuen uns, dass wir im ersten Halbjahr 2021 zehn neue Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am PTW begrüßen durften. Zudem gab es im vergangenen Halbjahr einige organisatorische Veränderungen – so hat Lars Petruschke die Nachfolge von Dominik Flum als Oberingenieur im Bereich Energietechnologien und Anwendungen für die Produktion (ETA) angetreten und es gab mehrere Nachfolgen in den Gruppenleitungen. Wir möchten Ihnen die neuen Ansprechpartnerinnen und Ansprechpartner vorstellen.

Am PTW haben sich zu Beginn des Jahres 2021 unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Matthias Weigold die drei fertigungstechnischen Forschungsgruppen Additive Fertigung, Werkzeugmaschinen und Industrieroboter und Zerspanungstechnologie zum Forschungsbereich TEC | Fertigungstechnologie zusammengeschlossen.

Zusammen mit den Partnern der Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH und der Pilotfabrik Industrie 4.0 TU Wien hat das PTW TU Darmstadt im April 2020 ein österreichisch-deutsches Projektvorhaben zur Ausschreibung „Smarte Nutzung von Daten für die Produktion“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie erarbeitet. Zeitgleich entwickelte sich auf europäischer Ebene die Idee einer gemeinsamen Dateninfrastruktur auf Basis des europäischen Rechtsrahmens namens GAIA-X. Daraus entstand die Leitidee für ein europäisches Produktionsgiganet (Projektakronym EuProGigant), welches die Fähigkeit besitzt alle Partner im Netzwerk sicher zu vernetzen und Funktionalitäten zur automatisierten Erkennung und Abwendung von Krisensituationen für ein Wertschöpfungsökosystem bereitstellt. Im Projekttitel heißt es: „Europäisches Produktionsgiganet zur kalamitätsmindernden Selbst-Orchestrierung von Wertschöpfungs- und Lernökosystemen“. Das Projekt wird einen funktionsfähigen Demonstrator für GAIA-X für die Domäne Industrie mit Fokus auf Produktion entwickeln. Im Konsortium haben sich insgesamt 16 Partner aus Wissenschaft und Industrie zusammengeschlossen und konnten sich als einziges gefördertes Projekt im Förderwettbewerb durchsetzen. Der Projektstart war am 1. März 2021. Die Projektlaufzeit beträgt vier Jahre. Das Ziel ist die Schaffung eines standortübergreifenden digital vernetzten Produktionsökosystems mit resilienter datengetriebener und nachhaltiger Wertschöpfung. Die erste Kerninnovation ist der Aufbau einer europäischen Wissensdatenbank als dezentrale Plattform zur langfristigen sicheren und souveränen ganzheitlichen Datenhaltung in der Cloud. Letzteres ist die zweite Kerninnovation. Über eine standardisierte vertikale Integration mittels industrieller Schnittstellen können Maschinen, Roboter, Werkzeug- und Spannsysteme, Edge-Devices, On-Premise-Lösungen an die Daten-Infrastruktur angebunden werden. Die Einbindung von Systemen zur Geschäftsressourcenplanung (Enterprise Resource Planning, ERP) und Produktionszeitsystemen (Manufacturing Execution System, MES) ist zentral. Über die horizontale Integration werden Unternehmensbereiche sowohl datendurchgängig und standort- als auch länderübergreifend zu einem Wertschöpfungsökosystem verknüpft. Die kalamitätsmindernden Effekte und die Resilienz werden in der dritten Kerninnovation durch die horizontale Betrachtung von Unternehmensverbindungen als kaskadierte Regelkreise mittels Methoden der Systemtheorie und Regelungstechnik erzielt. Die Partnerstruktur zeichnet sich durch die geförderte Beteiligung des European Institute of Innovation and Technology (EIT) der Fachrichtung Manufacturing aus. Mit Sitz in Darmstadt und Wien trägt das EIT zur Wissensaufbereitung und -verbreitung im europäischen Länder Raum bei. Der Nutzen liegt in der Demonstration und Skalierbarkeit von Vernetzungslösungen für die Industrie zur Schaffung von Datenräumen, in denen bspw. neue digitale Geschäftsmodelle auf Grundlage von Daten und digitalen Services in der Breite realisiert werden.

In bester Lage entsteht ein neues Lernfabrikgebäude für die Produktionsforschung am PTW: Die FlowFactory. Das Gebäude wird sich westlich der bestehenden Prozesslernfabrik CiP in den Campus Lichtwiese einfügen und somit zentral sichtbar und gut erreichbar direkt neben dem Maschinenbaugebäude liegen. Die FlowFactory wird einen eigenen Seminarraum und temporäre Arbeitsplätze für Studierende beinhalten. Bei der Gestaltung der Produktionsfläche wird eine innovative Versorgungsinfrastruktur entwickelt, die große Layoutflexibilität ermöglicht: Dies ist die Basis für die Erforschung neuartiger technischer und organisatorischer Umsetzungsmöglichkeiten der digitalisierten, schlanken Produktion und Logistik. Ziel der FlowFactory ist es, die Wertschöpfung einer produzierenden Kleinserienfertigung der Zukunft vollständig abzudecken und weiterzuentwickeln. Im Gegensatz zur Prozesslernfabrik stehen dabei nicht aktuelle Gestaltungsmöglichkeiten einer schlanken Produktion im Fokus, sondern die Weiterentwicklung schlanker Produktionssysteme für zukünftige Anforderungen. Adressierte Herausforderungen in der Produktion sind dabei Prozess- und Produktstandardisierungen in der Einzelstück- und Unikatfertigung, eine Mehrwertgenerierung des Produkts durch Digitalisierung, ein schlankes Logistikkonzept für Unikatfertigungen sowie der Aufbau digitaler Architekturen der Leistungserbringung. In der FlowFactory wird auf über 500 m² Fläche ein variantenreiches Produktionsumfeld mit kundenindividuellen Aufträgen von Wareneingang bis Warenausgang entstehen. Neben einer additiven und zerspanenden Fertigung soll auch eine Oberflächenbehandlung realisiert werden. Im Fokus des Wertstroms stehen außerdem manuelle und teilautomatisierte Montageprozesse. Der Materialfluss wird durch innovative Formen der Lagerung, des Transports und der Bereitstellung ermöglicht. Der Material- und Informationsfluss muss dabei von Kunde bis Warenauslieferung gedacht werden. Technologische Entwicklungen wie der Einsatz Künstlicher Intelligenz oder Automatisierungspotentiale sollen nicht lediglich als Showcase gezeigt werden, sondern vielmehr einen zielgerichteten Mehrwert in der Produktion geben. In der FlowFactory wird zusätzlich ein MakerSpace entstehen. Dieser wird Studierenden und Forschenden ein freies, offenes Umfeld bieten, um Lehr- und Forschungsprojekte voranzutreiben. Der Neubau ist ein Resultat erfolgreicher Forschungsprojekte wie dem Mit 4.0 Darmstadt und kontinuierlicher Partnerschaften mit Industrieunternehmen. Er wird gefördert durch das Land Hessen im Rahmen eines EU-Förderprogramms. Die FlowFactory wird Forschenden, Studierenden und Industrieteilnehmer/Innen eine einzigartige Lernfabrik für ein wettbewerbsfähiges Hessen bieten. Die Bauarbeiten beginnen im Sommer dieses Jahres und die FlowFactory wird Anfang 2023 einsatzbereit sein.

An der ETA-Fabrik werden am PTW vielfältige Fragestellungen der energie- und ressourceneffizienten Produktion mittels Simulation in Modelica/Dymola untersucht. Dazu gibt es nun auch ein Tutorium als Master-Lehrveranstaltung, das Studierenden praxisnahe Einblicke in die Anwendung dieser Simulationstechnologie ermöglicht. Hier erfahren Sie mehr. Die Simulation gilt im Rahmen des Konzepts der Digitalen Fabrik als etabliertes Werkzeug zur Analyse und Bewertung komplexer Systeme und Prozesse. In der energieorientierten Fabrikplanung können damit Planungsaufgaben über den gesamten Lebenszyklus der Fabrik hinweg unterstützt werden. In der Forschungsgruppe ETA wird die Simulation am Fallbeispiel der ETA-Fabrik und weiterer technischer Demonstratoren von Industrieprozessen – stets mit dem Bezug zu Fragestellungen der Energie- und Ressourceneffizienz in der industriellen Produktion – angewendet. Vor diesem Hintergrund wurde am PTW das Tutorium „Simulation von Versorgungssystemen in der Produktion“ ins Leben gerufen. Hauptziel der Master-Veranstaltung ist es, Studierende in die Simulation als ein mögliches Werkzeug zur Unterstützung der Entscheidungsfindung im Rahmen energieorientierter Planungsprozesse einzuführen. Als Methode kommt hier die kontinuierliche Simulation mit Modelica/Dymola zum Einsatz. Der Betrachtungsfokus liegt dabei vor allem auf Betrieben der Metall verarbeitenden Industrie. Neben der Vermittlung theoretischer Grundlagen stehen in der Veranstaltung die Durchführung von Rechnerübungen zur praktischen Anwendung der Modellierung und Simulation im Vordergrund. In einem Abschlussprojekt untersuchen die Studierenden ein Fallbeispiel von realer Komplexität nach dem Vorbild der ETA-Fabrik. Die neue Lehrveranstaltung findet nun jährlich im Wintersemester statt.

In Städten schlummert viel Potenzial: Abwärme beispielsweise, die ungenutzt aus Industrieanlagen strömt. In Gebäuden mit intelligentem Energiemanagement wird diese Wärme wertvoll. Diese Potenziale wollen die Mitarbeiter*innen des PTW in Zusammenarbeit mit Expert*innen aus Darmstädter Hochschulen und Wirtschaft sowie der Wissenschaftsstadt Darmstadt mit dem nun gestarteten Reallabor DELTA (kurz für „Darmstädter Energie-Labor für Technologien in der Anwendung“ (www.delta-darmstadt.de)) nutzen – und urbane Energiesysteme effizienter, flexibler und klimafreundlicher machen.

In future manufacturing, several tasks across all participants in the value chain will certainly be enhanced by data-driven methods. As data can be diverse, various application fields are conceivable. In our whitepaper we present four central application fields from the production level where serious to even disruptive changes can be expected. We also

Am vergangenen Freitag war Startschuss für das Verbundprojekt KI4ETA. Das Konsortium mit 12 Forschungspartnern aus Wissenschaft und Industrie unter Leitung des PTW der TU Darmstadt hat das Ziel den Energieregelkreis der Fabrik zu schließen – von der Feldebene bis in die Cloud. In KI4ETA sollen

Spatenstich – Das Additive Manufacturing Center (AMC) entsteht am Campus Lichtwiese. Als Technologie- und Transferzentrum verknüpft es Fachgebiete aus den Schwerpunkten des Additive Manufacturing sowie der digitalen Transformation und ermöglicht den Wissenstransfer aus Spitzenforschung an Unternehmen und Lehrende. Fertigstellung Ende 2022.

Digital based Production and Robotics

Ab dem Wintersemester 2021/2022 kann im Rahmen des neuen Master-Studiengangs alternativ zum allgemeinen Maschinenbau ein Maschinenbaustudium mit einem Schwerpunkt, wie bspw. „Digital based Production and Robotics“, gewählt werden

Nur noch wenige Tage sind es bis zum offiziellen Opening Event von EuProGigant, dem Leitprojekt für GAIA-X im Produktionsumfeld, an dem das PTW als Forschungspartner beteiligt ist!

Im Oktober 2020 hat Dominik Flum Seine Doktorarbeit zum Thema „Eine Methode zur modellbasierten Planung energieoptimierter Kälte- und Wärmeversorgungssysteme in Produktionsbetrieben“ erfolgreich abgeschlossen.

Virtuelle Angebote des PTW

Ein Großteil des PTW-Angebots aus Führungen, Workshops und Arbeitskreistreffen konnte seit dem Frühjahr 2020 nicht mehr wie gewohnt in Präsenz bei uns stattfinden. Aber auch hier haben wir an innovativen Konzepten gearbeitet, verschiedene Formate erprobt und freuen uns, mittlerweile ein breites digitales Angebot bereitstellen zu können.