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Produktion zwischen digitaler Planung und realer Anwendung

Ein Besuch in der Experimentier- und Digitalfabrik (EDF) gewährt Einblicke in moderne Produktions- und Logistikumgebungen und zeigt, wie diese zukünftig optimiert werden können

  • Im Digital- und Innovationslabor der Experimentier- und Digitalfabrik (EDF) der Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb der TU Chemnitz variieren mit Hilfe moderner Visualisierungstechniken die Wissenschaftlichen Mitarbeiter Hendrik Hopf (l.) und Frank Börner innerhalb der virtuellen Produktion ein Fabriklayout. Foto: Hendrik Schmidt
  • Anhand des mehrteiligen Zylinders - einem Phantasieprodukt der Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb - können Dr. Jörg Ackermann (l.) und Dr. Sebastian Horbach im Experimentiercenter der Experimentier- und Digitalfarbik (EDF) innerhalb der realen Produktion den Produktionsprozess nachvollziehen und Schnittstellen im Materialfluss testen. Foto: Hendrik Schmidt
  • Die Experimentierfabrik bietet die Möglichkeit, verschiedene Fördertechniklösungen auf deren (Energie-)Effizienz zu prüfen. Foto: Christian Schenk
  • Das Digitalcenter dient nicht nur Forschungszwecken, sondern wird darüber hinaus auch für Schulungs- und Lehrzwecken eingesetzt. Foto: Maik Jähne
  • Fahrerlose Transportsysteme befördern die Produktionsgüter zwischen den mobilen Bearbeitungszellen oder von und zum Lager. Foto: Jürgen Lösel
  • Ganzheitliche Fertigung - die Nachstellung des Produktionsprozesses beginnt im Lager und endet dort auch wieder. Foto: Christian Schenk
  • Für Probleme in der Produktionspraxis können im Digitalcenter innovative Lösungsansätze gefunden werden. Foto: Jürgen Lösel
  • Mittendrin statt nur dabei: 3D- und Virtual Reality-Effekte vermitteln ein authentisches Realitätsgefühl bei der Fabrikplanung. Foto: Uwe Meinhold

Wie können Produktionsprozesse verbessert werden? Was gehört zu einer optimal ausgestalteten Produktionsumgebung und wie ist es möglich, Probleme in der Logistik schnell und effizient zu lösen? Diese und zahlreiche weitere Fragen versuchen die Wissenschaftler der Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb im Rahmen ihrer Forschungsarbeit zu beantworten. Längst müssen dafür aber nicht mehr die Produktionsstätten von Wirtschaftspartnern der TU Chemnitz besucht werden. "Vielmehr können mit Hilfe der Experimentier- und Digitalfabrik der Universität zu fast 100 Prozent reale Produktionsprozesse nachgestellt werden", erklärt Prof. Dr. Egon Müller, Leiter der Professur. Grundlage für diese innovative Forschungsstätte ist die Kombination aus wandlungsfähigem Fabrikbaukasten und Innovationslabor, die die Experimentier- und Digitalfabrik (EDF) im Haus D des Universitätsteils Erfenschlager Straße zu einer komplett ausgestatteten Experimentierfabrik mit angrenzendem Digitalcenter verwandeln.

Für den wandlungsfähigen Fabrikbaukasten sind vor allem die vier mobilen Bearbeitungszellen charakteristisch, die typische Fertigungs-, Montage-, Handhabungs- und Prüfprozesse nachstellen. Wie auch in einer realen Fabrik, beginnt die Produktion in der EDF mit der Materiallieferung aus dem Lager. Über diverse Fördertechnik, wie beispielsweise einer Elektrohängebahn oder fahrerlosen Transportsystemen werden zunächst die notwendigen Teilstücke des Produktes zu den einzelnen Zellen geliefert, dort nach vorherigen Einstellungen bearbeitet und anschließend mit Hilfe der Fördertechnik ins Lager zurückgebracht. Nachvollzogen wird dieser Produktionsprozess anhand eines mehrteiligen Zylinders - einem Phantasieprodukt der Professur. Jedes Einzelteil der Testzylinder kann hierbei in Höhe sowie Farbgebung variiert werden, um die Fertigung noch variantenreicher zu gestalten. Flexibel gestaltet sich aber nicht nur die damit verbundenen Prozesse in Fertigung und Montage, vielmehr kann die gesamte Anlage bestehend aus den vier Zellen in kürzester Zeit für verschiedene Produktionsaufgaben umgebaut werden. Ermöglicht wird diese problemlose Anpassungsfähigkeit unter anderem durch mehrere an der Decke der Fabrik befestigte Abhänger, die die flexible Versorgung der Arbeitsbereiche mit Strom, Druckluft und einer Verbindung zum Internet gewährleisten.

Losgelöst von der Stückgutproduktion des klassischen Maschinenbaus ergänzt ein weiterer Bereich den experimentellen Teil des Versuchslabors. Es handelt sich dabei um zwei Takte einer Fertigungslinie aus der Automobilproduktion. Anhand einer Volkswagen-Karosserie des Typs Golf VI kann neben typischen Montagetätigkeiten, wie dem Schrauben, Kleben und Klipsen verschiedener Materialien, beispielsweise auch das sogenannte Werkerdreieck optimiert werden. "Dabei handelt es sich um die jeweiligen Distanzen, die ein Bandarbeiter zurücklegen muss, bis er von der Karosserie zu den bereitgestellten Verbauteilen und wieder zurück zur Karosserie gelangt ist", erklärt Dr. Jörg Ackermann, Leiter der Fachgruppe Fabrikplanung und Digitale Fabrik an der Professur, und fügt hinzu: "Durch eine optimierte Anordnung der Bereitstellbehälter an der Linie kann zum Beispiel der Lauf- und Zeitaufwand des Mitarbeiters bei der Montage minimiert werden." Derartige Effizienzuntersuchungen bringen beispielsweise auch die Möglichkeit zur digitalen Bearbeitung der Produktionssituation ins Spiel. So kann mit Hilfe von optischen Markierungen und digitalen Modellen eine Webcam den momentanen Aufbau der Produktionslinie aufnehmen. Zeitgleich oder später kann dann digital am Computer geprüft werden, ob beispielsweise das Anordnen eines weiteren Behälters sinnvoll oder überhaupt möglich ist.

Raum für solche Simulationen bietet das Digital- und Innovationslabor, das direkt an den Experimentierbereich anschließt. In diesem separaten Raum befindet sich unter anderem ein Rechnerkreuz mit vier Computer-Arbeitsplätzen, die jeweils Zugriff auf die notwendige Planungs- und Simulationssoftware bieten. Gleichzeitig wird der Raum aber auch für Beratungen oder Seminare genutzt. Eine großflächige Leinwand an der Stirnseite des Raumes bietet außerdem die Möglichkeit, virtuelle Fabrikanlagen dreidimensional zu betrachten und zu bearbeiten. Das dabei vermittelte Realitätsgefühl kann durch eine spezielle Soundanlage sogar noch verstärkt werden - indem beispielsweise die Nachstellung einer typischen Geräuschkulisse innerhalb der Produktionsanlage erfolgt. "Noch bevor man also überhaupt einen Schritt in die Anlage gemacht hat, kann mit Hilfe der digitalen Nachbildungen bereits einen umfassenden Eindruck von möglichen Produktionsbedingungen gewonnen werden", erklärt Ackermann.

Von der innovativen Ausstattung der Experimentier- und Digitalfabrik können aber längst nicht nur die Studenten und Wissenschaftlichen Mitarbeiter der TU Chemnitz profitieren. Auch Betriebe und Partner aus der Wirtschaft haben die Möglichkeit, die Lern- und Modellfabrik für die Lösung eigener Problem zu verwenden. "Der Vorteil für die Unternehmen besteht bei einer Nutzung der EDF darin, dass ihre Forschungsarbeit losgelöst vom eigentlichen Produktionsprozess stattfindet und es folglich auch nicht zu einem Produktionsausfall und damit verbundenen finanziellen Verlusten kommt." Trotz aller Vorzüge verfügt die EDF zurzeit noch über freie Kapazitäten. Auf eine noch intensivere Nutzung durch Studenten, Forschungsprojekte oder Produktionsunternehmen hofft Dr. Ackermann daher in Hinblick auf die zukünftige Entwicklung der Experimentier- und Digitalfabrik.

Weitere Informationen: http://www.tu-chemnitz.de/mb/FabrPlan/EDF

(Autorin: Ina Huke)

Katharina Thehos
28.06.2013

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