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Karlsruher Forschungsfabrik: Entwicklungs- und Demonstrationszentrum für die Fabrik der Zukunft

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Serienreife von Produktionsprozessen in neuer Geschwindigkeit erreichen – programmatisches Ziel der im Bau befindlichen Karlsruher Forschungsfabrik (Foto: Fraunhofer)
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit seinem wbk Institut für Produktionstechnik und die Fraunhofer-Gesellschaft mit ihren Instituten für Chemische Technologie ICT und für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB errichten auf dem Campus Ost des KIT die Karlsruher Forschungsfabrik. Das Motiv: Die Herstellung innovativer Produkte muss sich im Zeitalter von globalem Wettbewerb, Digitalisierung und künstlicher Intelligenz ständig neu erfinden, um wissenschaftliche Vorsprünge zu wahren und um im Spannungsfeld neuer Technologien, zunehmender Individualisierung und großer Variantenvielfalt zu bestehen.
Mit dem gemeinsamen Spatenstich der beiden Kooperationspartner hat Ende Dezember 2018 die Forschungsfabrik ihren baulichen Anfang genommen. In der Anlage sollen ab Ende 2020 neue Produktionstechnologien mithilfe moderner Digitalisierungsmethoden deutlich schneller als bisher geplant getestet und in die Industrie überführt werden. Das Projekt wird einen wichtigen Beitrag zu der jüngst beschlossenen ‚Strategie Künstliche Intelligenz‘ der Bundesregierung leisten.
„Die Karlsruher Forschungsfabrik ist der Musterfall einer disziplinübergreifenden Kooperation starker Partner zum Nutzen der vital wichtigen Innovationsfähigkeit unseres Landes“, sagt Professor Holger Hanselka, Präsident des KIT. Dr. Raoul Klingner, Direktor Forschung der Fraunhofer-Gesellschaft: „Wir freuen uns, unsere besondere Stärke in der anwendungsorientierten Forschung in diese enge Kooperation mit dem KIT einzubringen – und zwar sowohl im Bereich der Werkstoff-, Fertigungs- und Verfahrenstechnik als auch in der Automatisierungs-, Sensor- und Informationstechnik.“
Ziel der Karlsruher Forschungsfabrik ist es, Vorsprünge bei neuen, herausfordernden Fertigungsverfahren systematisch zu erarbeiten. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen lernen, wie man bereits sehr früh – d. h., wenn die für ein neues Produkt erforderlichen Fertigungsprozesse noch nicht vollständig beherrscht werden – qualitativ hochwertige Produkte herstellen kann. Sie wollen Methoden entwickeln, mit denen sich neue Technologien schnell in profitable Fertigungsprozesse umsetzen lassen. Die Produktion kann schon sehr früh anlaufen, weil intelligente Prozessregelungen dafür sorgen, dass trotz der noch unreifen Fertigungstechnologien erste, qualitativ einwandfreie Produktexemplare hergestellt werden. Dies ist möglich, weil Verfahren des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz die von Sensoren erhobenen Daten nutzen, um Korrelationen zwischen qualitätsbezogenen Daten und Prozessparametern zu erkennen. Auf diese Weise ‚lernt‘ die bereits in Betrieb befindliche Fertigungsanlage, welche Parameter gute Ergebnisse produzieren.
Die so verkürzte ‚Time-to-Market‘ soll es besonders kleinen und mittleren Unternehmen ermöglichen, mit neuen Produkten wesentlich früher als bisher auf den Zielmärkten präsent zu sein. Anwendungsfelder der Forschungsfabrik sind Elektromobilität und Leichtbau, aber auch andere innovative Felder, für die es mit Industrie 4.0- und KI-Methoden eine intelligente und wirtschaftliche Produktionstechnik zu etablieren gilt.
Professor Jürgen Fleischer, Leiter des wbk Instituts für Produktionstechnik des KIT und Leiter des wbk-Bereichs Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung meint: „Das Alleinstellungsmerkmal der Karlsruher Forschungsfabrik ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Produktionsforschung, Automatisierungstechnik und Informatik unter einem Dach.“ Professor Jürgen Beyerer, Leiter des Fraunhofer IOSB, weist auf ein weiteres Alleinstellungsmerkmal hin: „Entscheidend ist die Verbindung aus umfassender Sensorik und der Auswertung der damit gewonnenen Daten, u. a. mit Methoden des maschinellen Lernens und deren verständlicher Visualisierung. Auf dieser Basis lassen sich unreife Fertigungsprozesse explorieren, verstehen und viel gezielter als heute optimieren.“
Kooperation mit Industriepartnern
Die in der Forschungsfabrik zu entwickelnde Methodik verspricht den zahlreichen innovativen kleinen und mittleren Unternehmen in Baden-Württemberg Vorteile im globalen Wettbewerb. Um Ergebnisse zielgerichtet und schnell zu transferieren, sollen interessierte Unternehmen deshalb von Anfang an eingebunden werden – durch enge Kooperationen, Verbundprojekte und Workshops.
Für die Umsetzung der Baumaßnahme ist ein Gesamtbudget von rund 15 Mio. € vorgesehen. Zu diesem tragen die Kooperationspartner KIT und Fraunhofer jeweils die Hälfte bei; hinzu kommen Investitionen in die Erstausstattung der Fertigungshallen, Labore und Büros. Nach der Grundsteinlegung im Sommer 2019 wird das L-förmige Gebäude ab Ende 2020 auf zwei Stockwerken und einer Fläche von 4500 m2 rund 70 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beherbergen. Darüber hinaus bietet es 50 Arbeitsplätze für Kooperationspartner aus der Industrie. Die Eröffnung ist für Ende 2020 geplant.
Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg, vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg sowie durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung.

www.iosb.fraunhofer.de; www.kit.edu

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