Karlsruher Forschungsfabrik auf der Hannover Messe 2024

In vielen Werkzeugmaschinen ist ein Kugelgewindetrieb (KGT) ein elementarer Bestandteil der Vorschubachsen. Fällt dieser aufgrund von Spindelverschleiß aus, führt dies zu einem Maschinenstillstand. Um einen solchen Ausfall zu vermeiden, soll der Zustand der Spindel überwacht werden, um sie erst im Bedarfsfall austauschen zu müssen. Um diese Überwachung automatisiert und kostengünstig durchführen zu können, wurde die "KGT-Cam" entwickelt. Dabei handelt es sich um eine kleine Kamera, die am Flansch des Kugelgewindetriebs befestigt wird. Sie filmt die Spindel während des Betriebs und sendet das Videosignal an einen Computer. Dort wertet ein künstliches neuronales Netz, das darauf trainiert ist, Defekte an der Spindel zu erkennen, das Videosignal aus. Werden Defekte erkannt, wird eine Meldung gesendet, dass die Spindel ausgetauscht werden muss. Auf diese Weise können die Lebensdauer der Spindel maximiert und die Kosten minimiert werden.

Mit unserem DiSC-Ökosystem bieten wir ein auf Nachhaltigkeit fokussiertes Supply Chain Ökosystem, das den Manufacturing as a Service (MaaS) Ansatz ermöglicht und mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) Fertigungsfähigkeiten zwischen Anbieter und Nachfrager vermitteln kann. DiSC ermöglicht es, Lieferketten effizienter, nachhaltiger und resilienter zu gestalten sowie Produktionsprozesse zu optimieren. Mit DiSC kann die Produktqualität verbessert, die Lieferzeiten verkürzt und Kosten gesenkt werden. Unsere Lösung ist speziell auf die Bedürfnisse der Fertigungsindustrie zugeschnitten und bietet eine umfassende und zuverlässige Unterstützung bei der Optimierung von Lieferketten.

Das DiSC-Ökosystem ist eine prototypische Implementierung der Referenzarchitektur Smart Factory Web und wurde im Rahmen von Catena-X praktisch erprobt. Aktuell wird DiSC verwendet, um ein Ökosystem für den Maschinen- und Anlagenbau im Rahmen des Leuchtturmprojektes Factory-X aufzubauen.

Eventbasierte und zielorientierte Interaktionen von Assets, repräsentiert durch Verwaltungsschalen-konforme Digitale Zwillinge:  Unser Exponat zeigt, wie unterschiedliche Typen von Verwaltungsschalen für Maschinen, Prozesse und Produkte bedarfsgerecht interagieren, um die Produktqualität und den Produktions-/Inspektionsprozess zu optimieren. Durch die Repräsentation der Assets in einer gemeinsamen Sprache und die Sensibilisierung für ihre Produktionsumgebung wird die Produktion flexibler und besser gerüstet für Anwendungsfälle wie Manufacturing-as-a-Service, modulare Produktion oder die Kreislaufwirtschaft.

Zur Realisierung des Exponats wird der FA³ST-Service genutzt, um Verwaltungsschalen-konforme Digitale Zwillinge zu erstellen und zu verwalten und die Echtzeitkommunikation und Synchronisierung von Digitalen Zwillingen mit ihren physischen Assets zu unterstützen. Der FA³ST-Service dient auch dazu, Digitale Zwillinge mit Anwendungslogik zu erweitern, um eine dezentrale Produktion zu erzeugen und die Anwendungslogiken der Digitalen Zwillinge untereinander zu vernetzen, um komplexere Aufgaben bewältigen zu können.

Mit der open62541 Bibliothek steht seit 10 Jahren eine offene und durchgängig in C programmierte Implementierung von OPC UA zur Verfügung. Der Quellcode ist unter der Mozilla Public License v2.0 (MPLv2) veröffentlicht und kann somit auch in proprietärer Software eingesetzt werden. Bereits seit vielen Jahren kommt die Bibliothek in industriellen Produkten erfolgreich zum Einsatz. Zur Hannover Messe 2024 wird mit dem neuen 1.4-Release nach der ersten Zertifizierung im Jahr 2019 wieder ein zertifiziertes Applikationsbeispiel zur Verfügung gestellt. Die laufende Zertifizierung umfasst erstmals das „Profile Standard 2017 UA Server Profile“ und deckt somit einen deutlich erweiterten Funktionsumfang ab. Das Fraunhofer IOSB übernimmt seit vielen Jahren die Projektorganisation und ist selbst als Hauptentwickler aktiv. Für professionelle Anwender, die open62541 in ihre Produkte integrieren, bietet das Fraunhofer IOSB „Professional Services“ an. 

Die KI-Allianz Baden-Württemberg eG hat das Ziel, ein international wettbewerbsfähiges KI-Ökosystem für Baden-Württemberg zu schaffen. Das Fraunhofer IOSB bringt seine Expertise zu offenen Datenräumen und zur Methodik KI-Engineering ein, insbesondere durch die Leitung des Projekts »Datenplattform« der KI-Allianz BW. Hier entsteht eine betriebstaugliche, anpassbare Plattform, über die Unternehmen, öffentliche und wissenschaftliche Einrichtungen gemäß einem Private-Public Partnerschaftsmodell Daten und KI-Modelle teilen können, ohne die Hoheit über die eigenen Daten zu verlieren.  

Unser Exponat »KI-Datenfertigungsstraße« veranschaulicht dieses Konzept. Im Stil eines kleinen Werkstattaufbaus zeigen wir, wie Sensordaten in unterschiedlichen Anwendungsbereichen erzeugt und daraus mithilfe von Maschinellen Lernverfahren (ML) in einer ML-Pipeline Informationen gewonnen werden. 

In Factory-X bauen mehrere Dutzend Projektpartner ein offenes Datenökosystem für Fabrikausrüster und deren Kunden – angefangen von Fabrikbetreibern über Maschinenbauer und deren Komponentenlieferanten bis hin zu Anbietern von Automatisierungstechnik und industrieller Software. Ziele sind, souveränen Datenaustausch zu ermöglichen sowie Software-Lösungen, so genannte Business-Applikationen, für verschiedene Use Cases zu entwickeln. Factory-X ist ein Leuchtturmprojekt innerhalb der Initiative Manufacturing-X und nutzt Vorarbeiten relevanter Projekte, z. B. Gaia-X und Catena-X. Das Fraunhofer IOSB vertritt die beteiligten Forschungspartner im Steuerungskreis von Factory-X.

Die 3D-Skeleton-Winding-Technologie (3DSW) ist ein am Fraunhofer ICT in Pfinztal entwickeltes robotergestütztes 3D-Filament-Wickelverfahren, das die vollautomatische Serienproduktion von endlosfaserverstärkten Skelettstrukturen ermöglicht. Die thermoplastisch verstärkten Faserskelette können u.a. zur lokalen Verstärkung von Formteilen eingesetzt werden. Das vorliegende Exponat ist ein lokal faserverstärkter Pkw-Lenker, der für die Großserienfertigung im Spritzgussverfahren ausgelegt ist.

Das Exponat stellt einen Sitzlehnenstruktur dar, welche im Rahmen des Projektes PassEnger des EUREKA Networks, entwickelt wurde. In einem innovativen Ansatz werden unterschiedliche Materialmorphologien eines einzigen Grundwerkstoff, in diesem Fall Polyamid, kombiniert. In Form von Fasern, Schaum und Kompaktmaterial trägt diese Kombination sowohl zur Anhebung des Leichtbaupotential als auch zu einer gesteigerten Kreislauffähigkeit bei.

Die Rumpfstruktur der ALBACOPTER®-Drohne ist als Spaceframe konzipiert und besteht aus endlosfaserverstärkten Rohren. Einige Rohre wurden mittels reaktiver thermoplastischer Pultrusion hergestellt. Dieses innovative kontinuierliche Fertigungsverfahren ermöglicht extrem hohe Faservolumengehalte bei geringen Prozesskosten. Zur Verbindung der Hohlprofile wurde ein Konzept zur formschlüssigen Lastabtragung entwickelt.

Das Leistungszentrum KAMO: Karlsruhe Mobility ist der Zusammenschluss der Karlsruher Institutionen für Forschung, Lehre und Transfer im Bereich innovativer Mobilitäts- und Logistiklösungen: Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Fraunhofer ICT, IOSB, ISI, IWM, Hochschule Karlsruhe (HKA) und FZI Forschungszentrum Informatik. KAMO steht für interdisziplinäre Entwicklung in ihrer gesamten systemischen Breite.

Mit dem hier gezeigten Projekt C2CBridge zielen wir darauf ab, Land und Stadt auf nachhaltige und innovative Weise zu verbinden.

Das Fraunhofer ICT forscht und entwickelt in den Bereichen »Chemische Prozesse«, »Kunststofftechnologie«, »Energie und Antriebe« sowie »Explosivstofftechnik und Sicherheit«. Kunden und Projektpartner sind Unternehmen aus den Bereichen Chemie, Automobil, Kunststoffverarbeitung, Energie und Umwelt, Sicherheitstechnik, Bauindustrie und Luftfahrt.  

Im Bereich Wasserstoff verfügt das Institut über Kompetenzen im Hinblick auf Primärenergieerzeugung, Transport, Infrastruktur, Nutzung, Energiewandler und Wasserstoffsicherheit, die auf der Hannover Messe präsentiert werden.