Futur 2/2013: Effiziente Fabriken
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Effiziente Fabriken
FUTURVision Innovation Realisierung
Mitteilungen aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin
Wissen schafft Werkzeuge schafft Wert
Alles im Blick – Projekte und Ressourcen nachhaltig managen
Museum Waldenburg
Inhalt
04 Effiziente Fabriken – Wissen, Werkzeuge, Wertschöpfung
06 Ressourceneffizienz – Herausforderungen und Chancen für Unternehmen
08 Alles im Blick – Projekte und Ressourcen nachhaltig managen
10 Hoher Anspruch lohnt sich – Wertschöpfungsorientiertes
Qualitätsmanagement
12 Schweißsimulation – Verzugsoptimierung an Praxisbauteilen
14 Optimal präpariert – Schneidkanten für Mikrofräswerkzeuge
16 Wissen schafft Werkzeuge schafft Wert – Informationstechnik für
effiziente Fabriken
18 Der Informationsalltag von Morgen – Mit Informationstechnik
zu neuem Wissen
20 Szenariotechnik – Zukunftsfähige Technologiekonzepte
22 Von der Fertigung ins Museum
24 Theorie und Praxis miteinander verschmelzen
Interview mit Dr. Erwin Flender
26 Partnerunternehmen: Magma5
27 Maschinensteckbrief: Hermle C50 U
28 Ereignisse und Termine
© Fraunhofer IPKNachdruck, auch auszugsweise, nur mit vollständiger Quellenangabe und nach Rücksprache mit der Redaktion.Belegexemplare werden erbeten.
Impressum
FUTUR 2/201315. JahrgangISSN 1438-1125
HerausgeberProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
MitherausgeberProf. Dr.-Ing. Roland JochemProf. Dr.-Ing. Erwin KeeveProf. Dr.-Ing. Jörg KrügerProf. Dr.-Ing. Kai MertinsProf. Dr.-Ing. Michael Rethmeier Prof. Dr.-Ing. Günther SeligerProf. Dr.-Ing. Rainer Stark
Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
Institut für Werkzeugmaschinen undFabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin
Chefredaktion Steffen Pospischil
Redaktion Claudia EngelRuth AsanSalome Zimmermann
ProduktionMila Albrecht
KontaktFraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Institutsleitung Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart UhlmannPascalstraße 8-910587 BerlinTelefon +49 30 39006-140Fax +49 30 39006-392info@ipk.fraunhofer.dehttp://www.ipk.fraunhofer.de
Herstellung Heenemann Druck GmbH
Fotos Bundesregierung: 31BMW AG: 1, 4Fraunhofer IPK/ R. Asan: 27 obenFraunhofer IPK/ G. Baumhauer: 1 oben, 38Fraunhofer IPK/ K. Heß: 3Fraunhofer IPK/ St. Pospischil: 11,13, 27 unten, 34 obenFraunhofer IPK/ K. Strohmeier: 33Fotolia: 7Kai Dräger: 29Magma5 : 25,26Museum Waldenburg: 22,23H. Scherhaufer: 34 untenTU Berlin/ SFB 1026: 21, 28
Alle übrigen Bilder: Fraunhofer IPK
FUTUR 2/2013 3
die produzierende Industrie in Deutschland
und Europa steht vor vielen Herausforde-
rungen. Ihre Versorgung mit Energie und
Rohstoffen hängt in rohstoffarmen Ländern
vom Import fast aller wichtigen Ausgangs-
stoffe ab. Dabei ergeben sich zunehmend
Abhängigkeiten von Materialien, die früher
weniger kritisch waren – als Beispiel seien
hier die »Seltenen Erden« genannt. Gleich-
zeitig erfordert die wachsende Industriali-
sierung der Schwellenländer große Mengen
an Rohstoffen, sodass die globalen Märkte
vor einer neuen Situation stehen. Dies führt
schon jetzt zu Versorgungsengpässen, Preis-
sprüngen und Verteilungskämpfen. Nicht
zuletzt verursacht der Klimawandel mit einer
Zunahme an Katastrophen weitere Unsicher-
heiten. Und als würde dies noch nicht rei-
chen, verlangt auch der demographische
Wandel in den »entwickelten« Ländern seine
Berücksichtigung im Unternehmen sowie in
der gesamten Gesellschaft.
So rückt zum einen folgerichtig die Verbes-
serung der Ressourceneffizienz in der Pro-
duktion immer stärker in das Zentrum der
Betrachtung, zum anderen müssen Betriebe
zunehmend flexibel auf die Märkte und das
Angebot an Fachkräften reagieren. Wie kön-
nen wir also auch in Zukunft global und regi-
onal Produkte erfolgreich entwickeln und
herstellen? Welche Ressourcen benötigen
wir dafür? Wie können wir Wertschöpfung
nachhaltig sicherstellen? Die Ansatzpunkte
sind vielfältig und ergeben sich praktisch in
allen Phasen des Produktlebenszyklus.
Antworten auf diese drängenden Fragen
geben Expertinnen und Experten aus Indu-
strie und Wissenschaft auf dem XIV. Produk-
tionstechnischen Kolloquium 2013, das am
25. und 26. September in Berlin stattfinden
wird – direkt im Anschluss an die 11th Glo-
bal Conference on Sustainable Manufac-
turing GCSM.
Es werden neue Konzepte für den Umgang
mit Wissen, Werkzeuge und Methoden prä-
sentiert, um Lösungsansätze in Wertschöp-
fung umzuwandeln und Szenarien für die
die effiziente Fabrik der Zukunft diskutiert.
Neben den Plenarvorträgen wird in den drei
Sessions »Informationstechnik«, »Manage-
ment und Organisation« sowie »Techno-
logie« das Zusammenspiel von Wissen,
Werkzeugen und Wertschöpfung aus der
Perspektive der jeweiligen Session-Schwer-
punkte untersucht.
Das Produktionstechnische Zentrum Berlin
mit seinen beiden Instituten, dem Fraunhofer
IPK und dem IWF der TU Berlin, bietet den
Rahmen für diese Veranstaltung, zu der wir
Sie herzlich einladen möchten.
Die vorliegende Ausgabe der FUTUR behan-
delt viele der eingangs geschilderten Inhalte
und möchte Sie auf unsere Veranstaltung
einstimmen. Ich wünsche Ihnen eine interes-
sante Lektüre und eine schöne Sommerzeit.
Ihr
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Editorial
4
Produktion
Forschung und Entwicklung
► Aufgaben effizienter Fabriken
Wer im Wettbewerb bestehen will, muss
effizient produzieren. Effizienzsteigerung
bedeutet dabei einen Parameter zu verbes-
sern, während andere gleichbleiben: Ziel ist,
das Qualitätsniveau eines Produktes zu hal-
ten oder anzuheben, während der Aufwand,
der zur Erstellung des Produkts notwendig
ist, sinkt. Dieser Aufwand kann materieller,
zeitlicher oder personeller Natur sein. In
jedem Fall lassen sich Kosten sparen. Das
Resultat ist dann ein Wettbewerbsvorteil.
Die Aufgaben heutiger Fabriken sind viel-
fältig und komplex. Dreh- und Angelpunkt
ist der optimale Einsatz von Technolo-
gien, Ressourcen und Wissen: Innovative
Technolo gien sind sowohl Voraussetzung
für automatisierte als auch modularisierte
Vorgänge. Hier kommt insbesondere der
Abstimmung aller Fabrikprozesse aufeinan-
der eine erhebliche Bedeutung zu. Gleich-
zeitig bedarf es einer flexiblen Werksstruk-
tur, um auf unvorhergesehene Änderungen
reagieren zu können. Ebenso relevant ist der
optimierte Umgang mit Ressourcen: Per-
sonal und Energie sowie Roh-, Hilfs- und
Betriebsstoffe effizient einzusetzen, ist eine
grundlegende Bedingung für Marktfähigkeit.
Geeignete Technologien und kompeten-
tes Personal allein sind jedoch nicht genug.
Bedingung für den reibungslosen Ablauf
ist ebenso der Transfer kontextspezifischer
Informationen zwischen den einzelnen Pla-
nungsbereichen. Zentral ist daher auch der
Aufbau einer Wissenslogistik, die die Ver-
teilung relevanter Informationen ermöglicht.
All diese Anforderungen unter einem Dach
zu vereinen, ist eine hochkomplexe Aufgabe.
In effizienten Fabriken allerdings wird die-
ses Szenario Realität. Die Visualisierung und
Simulation von Prozessen innerhalb einer
Fabrik sorgt für ein besseres Verständnis der
Ob steigende Energiepreise, verkürzte Produktlebenszyklen, höhere Varianten-
vielfalt, stärkere Kundenausrichtung oder demografischer Wandel – wer in der
produzierenden Industrie auch künftig marktfähig bleiben will, steht vor großen
Herausforderungen. Sie zu meistern, bedeutet vor allem Produkte effizient herzu-
stellen. Voraussetzung für effiziente Fabriken ist die Abstimmung aller materi-
ellen und immateriellen Komponenten: Der optimale Einsatz von Technologien,
Ressourcen und Wissen ist entscheidend für die Wertschöpfung.
Effiziente FabrikenWissen, Werkzeuge, Wertschöpfung
Effiziente Automobilproduktion: Karosseriebau bei BMW
Abläufe. Das wiederum ermöglicht die ganz-
heitliche Planung, Realisierung, Steuerung
und laufende Verbesserung aller virtuellen
wie realen Fabrikprozesse und -ressourcen.
► Optimierungspotenziale
Die Realisierung effizienter Fabriken birgt
vielfältige Potenziale: Werden Ressourcen
und Betriebsmittel effizient eingesetzt, sinkt
der Materialaufwand, da sich Ausschuss und
Nacharbeit reduzieren. Konsequentes Recy-
cling oder die Nutzung kaskadischer Pro-
zesse unterstützen diesen Effekt und helfen
außerdem Energie zu sparen. Des Weite-
ren vereinfachen sich durch modularisierte
Produktionsabläufe Montageprozesse und
Reparaturen, weil fehlerhafte Komponenten
ausgetauscht werden können, ohne Grund-
strukturen zu ändern.
Die Kenntnis über den exakten Informations-
bedarf ermöglicht, dass Daten nicht länger
redundant gepflegt werden müssen, weshalb
sich auch der Messaufwand reduziert. Durch
standardisierte Prozesse – nicht zuletzt in Form
transparenter Zuständigkeiten – entfällt die
häufige Mehrfachkommunikation, die sich
nicht zuletzt in der Informationsüberlastung
des Personals äußert. Dadurch gelingt es, Pro-
gnosen und Entscheidungsgrundlagen zu ver-
bessern und rechtzeitig auf Veränderungen
zu reagieren, bevor Fehler passieren. Hierin
zeigt sich auch die direkte Verbindung zur
Qualitätssicherung. Routinetätigkeiten der
Planung hingegen können durch den Einsatz
von Softwareprogrammen automatisiert wer-
den. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter können
sich somit auf inhaltliche Fragestellungen kon-
zentrieren. Die Produktion gewinnt insgesamt
an Flexibilität und Zuverlässigkeit. Die Vorteile
effizienter Fabriken liegen auf der Hand: Sie
ermöglichen direkte Zeitvorteile und helfen
den Ressourcenaufwand zu senken. Die Folge:
Niedrigere Kosten bei besserer Qualität.
FUTUR 2/2013 5
► Anwendungsfelder
Konkrete Handlungsansätze für die Gestal-
tung effizienter Fabriken aufzuzeigen, ist
Ziel des XIV. Internationalen Produktions-
technischen Kolloquiums (PTK) vom 25. bis
26. September 2013 in Berlin. ExpertInnen
aus Industrie und Wissenschaft stellen
für die Anwendungsfelder »Informations-
technik«, »Management und Organisa-
tion« sowie »Technologie« neue Konzepte
für den Umgang mit Wissen vor und prä-
sentieren Werkzeuge und Methoden, um
Wissen in Wertschöpfung umzuwandeln.
Praxisbeispiele aus der Produktentstehung,
Automatisierung, Medizintechnik und Fer-
tigungstechnologie veranschaulichen, wie
Wertschöpfung durch den gezielten Einsatz
neuester Informationstechnik gesteigert
werden kann. Bewertungsmethoden, um
Wissen für eine ressourceneffiziente Pro-
duktion aufzubauen und kontinuierlich
weiterzuentwickeln, werden ebenso vor-
gestellt wie Werkzeuge, Maschinen und
Fertigungstechnologien, die – ganzheitlich
aufeinander abgestimmt – der zunehmenden
Komplexität produktionstechnischer Frage-
stellungen gerecht werden und damit eine
entscheidende Grundlage für nachhaltige
Wertschöpfung bilden.
Ihr Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger
Telefon: +49 30 39006-184
E-Mail: joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de
Maschinenintegriertes Messen
ProduktdatenmanagementProzessmanagement
Kooperative Robotik
Hochleistungskeramik
Mikrofräsbearbeitung
Wissensbilanz
Intellektuelles Kapital
Prozessmanagement 4.0
TechnologieElektromobilität
Industrie 4.0
Management-Werkzeuge
Schweißsimulation
Produktentwicklung
SimulationstechnikRessourceneffizenz
MRO
InformationstechnikIndividuelle Serienproduktion
Mikrofräsen
Produktplanung
Management und Organisation
Hochleistungsschleifscheiben
Digitale Fabrik
Medizintechnik
Qualitätsmanagement
Energieeffizienzcontrolling Software-Werkzeuge
Automatisierung
6
Management und Organisation
Forschung und Entwicklung
Die Bedeutung natürlicher Ressourcen ist erheblich: Sie sind der entscheidende
Beitrag in Wirtschaftskreisläufen. Ob Metalle, Mineralien, Kraftstoff, Land oder
Wasser – ihre effiziente Handhabung ist der Schlüssel zu wirtschaftlichem Wachstum.
Denn durch die nachhaltige Nutzung von Material und Energie steigt die Produkti-
vität, während Kosten sinken. Unternehmen sichern so ihre Wettbewerbsfähigkeit.
Ressourceneffizienz Herausforderungen und Chancen für Unternehmen
► Der Begriff Ressource
Bezogen auf seine Wortherkunft ist eine
Ressource ein Mittel oder eine Quelle, um
eine bestimmte Handlung zu tätigen oder
einen Vorgang zu ermöglichen. Zum einen
beruhen diese Quellen auf den Rohstoffen
der natürlichen Umwelt. Zum anderen lassen
sie sich hinsichtlich ihrer physischen und bio-
logischen Beschaffenheit unterteilen. Eine
weitere Unterscheidung ist, ob es sich um
regenerative oder endliche Ressourcen han-
delt. Der Begriff kann außerdem um imma-
terielle Ressourcen erweitert werden. Dazu
gehören unter anderem Wissen, menschli-
che Kompetenzen und soziale Beziehungen
sowie das Intellektuelle Kapital.
Mit der Weltbevölkerung und dem Wohl-
stand steigt weltweit auch die Nachfrage
nach Rohstoffen. Deren effizientere Ver-
wendung im Produktionsprozess ist daher
dringend erforderlich. Für Deutschland, als
rohstoffarmes Industrieland, ist eine sichere
Rohstoffversorgung von essenzieller Bedeu-
tung. Betroffen sind insbesondere Rohstoffe,
bei denen eine hohe Importabhängigkeit
besteht. Rohstoffbestände sind nicht nur
weltweit ungleich verteilt, sie befinden sich
außerdem in den Händen einiger weniger
Anbieter. Der Wettlauf um knappe Ressour-
cen wird damit zu einem zentralen Faktor
nationaler Entwicklungen sowie der eigenen
Wettbewerbsfähigkeit.
2010 veröffentlichte die Bundesrepublik
Deutschland im Statistischen Jahrbuch die
Kostenstruktur für das verarbeitende
Gewerbe. Daraus geht hervor, dass die Roh-
stoffkosten bereits im Jahr 2008 mit durch-
schnittlich 45 Prozent den mit Abstand größ-
ten Kostenblock darstellen. Sie werden laut
Eurobarometer der Europäischen Union auch
weiterhin steigen: 85 Prozent der deutschen
Unternehmen verzeichnen in den letzten
fünf Jahren einen moderaten oder dramati-
schen Anstieg der Materialkosten, 97 Prozent
erwarten eine weitere Steigerung. Geringerer
Materialverbrauch durch eine effiziente Wirt-
schafts- und Produktionsweise ist notwen-
dig, um auf die aktuellen Entwicklungen zu
reagieren und wettbewerbsfähig zu bleiben.
Die Auseinandersetzung mit dem Thema
Ressourceneffizienz ist für Unternehmen
immanent wichtig, da es mit Kosteneinspa-
rungen und größerer Planungssicherheit ver-
bunden ist. Eine Studie des Beratungsunter-
nehmens Arthur D. Little und der Universität
Osnabrück zum Thema Materialeinsparung
kommt zu dem Ergebnis, dass in Deutschland
etwa 20 Prozent der verbrauchten Rohstoffe
durch eine effizientere Produktion eingespart
werden könnten. Bei einem gesamten Mate-
rialeinsatz von rund 500 Milliarden Euro im
Jahr ergibt das ein Einsparpotenzial von bis
zu 100 Milliarden Euro.
► Ressourceneffizienzprogramm
(ProgRess)
Im Februar 2012 hat das Bundeskabinett der
Bundesrepublik Deutschland das Ressour-
ceneffizienzprogramm ProgRess, ein umfas-
sendes strategisches Konzept zur Steigerung
der Ressourceneffizienz, beschlossen. Der
Fokus des Programms liegt auf abiotischen,
nichtenergetischen Rohstoffen, zu denen
Erze, Industriemineralien und Baumaterialien
gehören. Schwerpunkt ist daneben die stoff-
liche Nutzung biotischer Rohstoffe. Als über-
geordnetes Ziel gilt es, die Inanspruchnahme
FUTUR 2/2013 7
dieser Rohstoffe weitestgehend zu reduzie-
ren und damit verbundene Umweltbelastun-
gen zu mindern. Das Programm analysiert
unter anderem Chancen und Potenziale der
Ressourceneffizienz sowohl in Deutschland
als auch global, beschreibt Leitlinien sowie
Ziele und stellt mögliche Indikatoren dar, mit
denen die Entwicklung der Ressourceneffi-
zienz überprüft werden kann. Eine der Leit-
ideen besteht darin, die Abhängigkeit von
Primärrohstoffen schrittweise zu reduzieren.
Dies impliziert, dass sich die Basis der Wert-
schöpfung in Deutschland von materiellen zu
immateriellen Ressourcen zusehends weiter
verschieben wird.
Um materielle Ressourcen effizient managen
zu können, ist es notwendig, auch imma-
terielle Ressourcen zu berücksichtigen. Ihre
Bedeutung für den Unternehmenserfolg ist
in den letzten Jahren erheblich gewachsen.
Gelingt es eigene immaterieller Ressour-
cen zu entwickeln, sind Unternehmen in
der Lage Wettbewerbsvorteile zu erzielen,
durch die sie sich von anderen differenzie-
ren. Gerade für kleine und mittelständische
Unternehmen eröffnen sich durch ressour-
censchonende Konzepte bedeutende Poten-
ziale. Oftmals scheuen sie allerdings Verän-
derungen aufgrund mangelnder Kenntnisse
der Chancen und Risiken, die sich für sie
ergeben könnten. Das Fraunhofer IPK ist
auf die Umsetzung innovativer Konzepte zur
Optimierung von Unternehmensprozessen
spezialisiert und unterstützt Unternehmen
dabei, ihre langfristige Wettbewerbsfähig-
keit zu sichern. Experten des IPK analysieren
und optimieren den Einsatz sowohl materi-
eller als auch immaterieller Ressourcen und
ermöglichen eine gezielte Bewertung der
ökonomischen Leistungen.
► Vielfältige Umsetzung
Konkrete Anwendungsbeispiele gibt es
viele. Eines ist die Überholung gebrauch-
ter Werkzeugmaschinen im Bereich MRO.
Indem neue Komponenten in veraltete
Maschinen integriert werden, können sie
länger im Einsatz bleiben. Durch innovative
Verfahren kann die Nutzung chemischer
Substanzen noch weiter reduziert werden.
Bei der Optimierung von Fügeprozessen
steht die Einsparung von Energie durch eine
Kombination aus Simulation und innovati-
ven Prozesstechnologien wie kombinierten
Schweißverfahren im Vordergrund.
Helfen kann auch die Implementierung von
Energiemanagementsystemen, zu deren
Beginn Verbrauchsanalysen erfolgen. Auf
dieser Basis wird ein energetisches Kennzah-
lensystem entwickelt und Wertströme visu-
alisiert. Mittels Prozessmodellierung können
Energieeffizienzpotenziale identifiziert und
priorisiert werden. Daraus lassen sich kon-
krete Maßnahmen ableiten. Energieeffizienz
spielt daneben in der industriellen Robotik
eine wesentliche Rolle. Am Fraunhofer IPK
werden dazu zwei Ansätze verfolgt: Zum
einen die Optimierung einzelner freier Para-
meter eines Prozesses, etwa der Zykluszeit;
zum anderen die energieoptimale Planung
und Auslegung des gesamten Prozesses.
Ihr Ansprechpartner
Dr.-Ing. Holger Kohl
Telefon: +49 30 39006-168
E-Mail: holger.kohl@ipk.fraunhofer.de
Quelle: Krausmann et al. (2009): Growth in global materials use, GDP and population during the 20th century, Ecological Economics Vol. 68, Nr. 10, 2696-2705. Legende übersetzt.
60
40
20
1900 1915 1930 1945 1960 1975 1990 2005
0
Weltweiter Ressourcenverbrauch in Mrd. Tonnen
Baustoffe
Erze, Mineralien und Abraum
Fossile Rohstoffe
Biomasse
8
Projekt-Controlling
Forschung und Entwicklung
Kosten, Termine und Leistungen von Investitionsprojekten müssen genauestens
überwacht werden. Mit herkömmlichen Projektcontrolling-Methoden gelingt das
nur ungenügend: Sie zeigen oft eine mangelnde Objektivität bei der Beurteilung
des Ergebnisfortschritts, sind unzureichend im Hinblick auf Prognosefähigkeit und
-qualität und unterstützen nicht ausreichend bei der Bewertung von Steuerungs-
maßnahmen. Das Fraunhofer IPK hat jetzt gemeinsam mit PSIPENTA Software
Systems eine Controlling-Methode entwickelt, die diese Defizite weitestgehend
beseitigt. Die »Projektleitwarte« ermöglicht die integrierte Bewertung von
Kosten-, Termin- und Ergebnisfortschritt und rückt damit die Überwachung von
Projektzielen und -ergebnissen in den Mittelpunkt.
► Projektleitwarte
Nachhaltiges Projekt- und Ressourcenma-
nagement – das ist das Ziel des von der
Europäischen Union und dem Land Ber-
lin geförderten Verbundprojekts »PRO-
LEIT«, das im September 2010 startete
und im August 2013 abgeschlossen wer-
den soll. Darin entwickelten Fraunhofer-
Forscher und Experten von PSIPENTA
Methoden, Algorithmen und Geschäfts-
prozesse für eine skalierbare Projekt-
leitwarte. Die Projektleitwarte setzt auf
der Projektmanagementsoftware »PSIpro-
fessional« von PSIPENTA auf und ergänzt
als eigenständiges Produkt deren Angebots-
palette. Damit können Anwender einerseits
den Status laufender Projekte mit einem
Blick erfassen, andererseits aber auch Indi-
katoren für die Bewertung des Projektfort-
schritts flexibel auswählen. Der Prototyp der
Projektleitwarte wird derzeit für Anwen-
dungen im Maschinen- und Anlagenbau
sowie in der Fabrikplanung getestet.
► Maschinen- und Anlagenbau
Unternehmen des Maschinen- und Anlagen-
baus stellen ihre Produkte in Einzel- und Vari-
antenfertigung oder Kleinstserien her. Damit
stellt jeder Kundenauftrag ein Projekt dar,
das bei falscher Durchführung erhebliche
wirtschaftliche Risiken für das Unterneh-
men birgt. Um diese Risiken zu minimieren,
benötigen die Unternehmen Methoden und
Werkzeuge für eine leistungsfähige Projekt-
und Ressourcensteuerung sowie eine per-
manente Projektbewertung. Dabei müssen
die Projekte mit ihren Abhängigkeiten zu
relevanten Unternehmensprozessen und
verschiedenen alternativen Projektprogno-
sen betrachtet werden können. Für diesen
komplexen Bewertungsprozess muss eine
Vielzahl von Daten elektronisch zur Verfü-
gung stehen. Erst dadurch wird ein nachhal-
tiges Projektmanagement möglich.
► Fabrikplanung
Um den Fortschritt von Fabrikplanungs-
projekten anhand objektiver Kriterien steu-
ern zu können, müssen neben den Termin-
und Kostenzielen auch die Ergebnisziele
auf Basis der erreichten Planungsergebnisse
analysiert werden. Auf Grund der Abhän-
gigkeiten der Steuerungsparameter Zeit,
Koste und Arbeitsergebnis, der Komplexität
des Vorgehens in der Fabrikplanung und der
durch hohe Investitionssummen induzierten
Risiken ist für Fabrikplanungsprojekte ein
integriertes Projektcontrolling erforderlich.
Dieses sollte nicht nur Zielabweichungen
feststellen, sondern muss auch Hilfestellung
bei der Ursache-Wirkungs-Analyse und der
Auswahl korrigierender Maßnahmen geben.
► Projekte strategisch und operativ
steuern
In der betrieblichen Praxis werden für die
Projektsteuerung, aber auch im Rahmen
des strategischen Multiprojektmanagements
zahlreiche heterogene Produkte eingesetzt,
und zwar überwiegend MS-Office Anwen-
dungen. Die skalierbare Projektleitwarte von
Fraunhofer IPK und PSIPENTA schließt als
ganzheitliches und integriertes Projektma-
nagementsystem diese Lücke. Sie stellt u. a.
Funktionalitäten zur operativen und strategi-
schen Projektsteuerung in einer Systemum-
gebung bereit. Die Standardintegrationen
zum Projektmanagementsystem PSIprofes-
sional und dem ERP System PSIpenta sowie
eine offene Importschnittstelle stellen als
Alleinstellungsmerkmal die hohe Komplexität
der zur Verfügung gestellten Bewertungs-
funktionalität sicher.
Alles im Blick Projekte und Ressourcen nachhaltig managen
Systemarchitektur der neuen Projektleitwarte
Client
MS-ProjectClient
PLSClient
MS-Project (MSP)Server
Java ApplicationServer
FP-DB
Projektleitstand (PLS)Server
JDBC
PP-DB
C-DB
DB Server Application Server
FUTUR 2/2013 9
Ihr Ansprechpartner
Dr.-Ing. Sven Glinitzki
Tel. +49 30 39006-165
sven.glinitzki@ipk.fraunhofer.de
► Indikator-Matrix
Der Kern dieser Funktionalitäten wird durch
die Indikator-Matrix abgebildet. Sie enthält
in den Zeilen die Projektvorgänge, die von
dem Projektplanungssystem übernommen
werden. In den Spalten der Indikator-Matrix
sind Soll-Planungsergebnisse sowie Ergeb-
nis-, Kosten- und Termin-Indikatoren mit
ihren Berechnungs- und Datenerfassungs-
vorschriften, Funktionsparametern und Para-
meterwerten hinterlegt. Die Indikator-Matrix
bietet höchste Flexibilität bei der Definition
von unternehmens- oder projektspezifischen
Indikator-Systemen zur Bewertung des Pro-
jektfortschritts. Herkömmliche Controlling-
Methoden und Werkzeuge setzen die Existenz
objektiver Kriterien zur Erfassung des Fertig-
stellungsgrades lediglich voraus, geben aber
ansonsten keinerlei Hilfestellung bei der Defi-
nition dieser Kriterien. Die Definition der Soll-
Arbeitsergebnisse wird durch diese Systeme
auch nicht unterstützt. Die Projektleitwarte
beseitigt diese Defizite weitestgehend. In ihr
ist für jeden Projektvorgang mindestens ein
Planungsergebnis zu definieren. Einem Pla-
nungsergebnis muss mindestens ein Ergebnis-
Indikator zugeordnet sein. Werden mehrere
Ergebnis-Indikatoren zugeordnet, müssen
diese untereinander entsprechend ihrer Aus-
sagekraft für den Ergebnisfortschritt gewich-
tet werden. Kosten- und Termin-Indikatoren
sind einem Projektvorgang direkt zugeordnet.
Soweit die Matrix einem Vorgang mehrere
Kosten- oder Termin-Indikatoren zuordnet,
sind diese analog den Ergebnis-Indikatoren
zueinander zu gewichten.
Für jeden Indikator ist eine Vorschrift zur
Berechnung der Soll-Werte definiert. Die in
den Berechnungsvorschriften verwendeten
Variablen und Parameter sind in der Indikator-
Matrix hinterlegt. Für die Ermittlung der Ist-
Werte der Indikatoren hält die Indikator-Mat-
rix Datenerfassungsvorschriften bereit, über
die der Zugriff auf die Planungsergebnisse
erfolgt. Die Ist- und Soll-Werte der Indika-
toren können jederzeit reproduziert werden
– eine wichtige Eigenschaft von objektiven
Bewertungskriterien. Alternativ können die
Soll- und Ist-Werte der Bewertungsindikato-
ren auch intuitiv durch Experten geschätzt
werden. Der retro- und prospektive Fort-
schrittsgrad des Projektes ergibt sich dann
aus der Auswertung des Indikator-Systems
und der Anwendung hinterlegter Aggrega-
tionsregeln für die Einzelindikatorwerte.
► Methode und Prototyp im Test
Die im Projekt entwickelten Methoden und
der Prototyp werden zur Zeit von den Projekt-
partnern und ausgewählten Kunden evalu-
iert. Klar ist schon jetzt: Im Gegensatz zu her -
kömmlichen Controlling methoden kann mit
der neuen Methode der Fortschritt von Inves-
titions projek ten objektiv und automatisiert
ermittelt werden. Darüber hinaus zeichnet
sich die Methode durch eine hohe Progno-
sequalität aus. Sie bietet außerdem die Mög-
lichkeit, Auswirkungen von Steuerungsmaß-
nahmen auf die Projektziele zu bewerten.
Planungslücken und -fehler lassen sich früher
aufdecken und Projektverantwortliche kön-
nen frühzeitig Gegenmaßnahmen treffen.
PSIPENTA Software Systems GmbH:
PSIPENTA bietet fertigenden Unternehmen
des Maschinen- und Anlagenbaus, der Fahr-
zeug- und der Luftfahrtindustrie ein kom-
plettes Softwareportfolio für die effiziente
Abwicklung der Wertschöpfungsprozesse in
den Bereichen Produktions- (ERP) und Fein-
planung (MES) sowie Instandhaltung. Mit
dem Lösungspaket Planning, Execution and
Control (PEC) werden zudem Unternehmen
angesprochen, die in eine bereits bestehende
IT-Landschaft ein System für effizientere Pro-
duktions- und/oder Instandhaltungsprozesse
integrieren wollen. PSIPENTA ist eine hun-
dertprozentige Tochter der 1969 gegründe-
ten und seit 1998 börsennotierten PSI AG.
Als drittgrößter deutscher Softwareherstel-
ler gehört PSI in verschiedenen Marktseg-
menten zu den Branchenführern. So sorgen
PSI-Lösungen weltweit für optimierte Pro-
duktions- und Logistikprozesse sowie eine
sichere und effiziente Energieversorgung.
Ihre Ansprechpartnerin
Dr. Christina Kaltwasser
PSIPENTA Software Systems GmbH
Telefon: +49 30 2801- 2415
ckaltwasser@psi.de
Indikator-Matrix der neuen Projektleitwarte
1:n 1:n 1:n
1:nVorgang 1
. . . .Vorgang n
Planungsergebnis 1. . . .
Planungsergebnis n
Ergebnis-Indikatoren
1:n 1:nKosten-Indikatoren
1:n 1:nTermin-Indikatoren
Soll- undIst-Werte
f1, soll . . fn, soll
f1, ist . . fn, ist
Vorgang /Steuerungsstelle
Planungsergebnis /Gewichtung
Indikatoren /Gewichtung
Berechnungs- und Datenerfassungs-
vorschriften
Funktions-parameter
10
Management und Organisation
Forschung und Entwicklung
Wie trägt Qualitätsmanagement zur Wertschöpfung in einem Unternehmen
bei? Auf welchen Erfolgsfaktoren basiert ein wirtschaftliches QM-System? Ohne
Beantwortung dieser Fragen fehlt Managern die Entscheidungsbasis, um Ressour-
cen für den Qualitätsbereich optimal abzustimmen. Am Fraunhofer IPK und IWF
der TU Berlin entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler innovative
Konzepte, Methoden und Organisationsansätze zur durchgängigen, integrierten
Bewertung und Gestaltung von Qualitätsprozessen und Qualitätsmanagement-
systemen. Ihr Ziel ist es, eine nachhaltige, exzellente Unternehmensqualität
sicherzustellen, die für Unternehmen Mehrwert schafft.
Die Kundenanforderungen an Produkte und
Dienstleistungen sowie die Wettbewerbsbe-
dingungen der Unternehmen haben sich im
Laufe der Zeit stark gewandelt. Kunden verän-
dern immer schneller ihre Erwartungen an Pro-
dukte, Prozesse und Dienstleistungen. Die Fol-
gen wechselnder Marktbedingungen zeigen
sich für viele Unternehmen in einem erhöhten
Wettbewerbsdruck, einer gestiegenen Pro-
duktkomplexität und einer immer größer wer-
denden Produktvielfalt. Industrieunternehmen
können Kostenvorteile nicht mehr nur über
Skaleneffekte realisieren, sondern müssen sich
zunehmend auf die wesentlichen unternehme-
rischen Erfolgsfaktoren konzentrieren. Dabei
rücken neben der Qualität der Produkte vor
allem die Qualität der Unternehmensprozesse
und -strukturen in den Mittelpunkt.
► Positiver als vermutet
Kritiker behaupten immer wieder, dass Qua-
litätsmanagement keinen unmittelbar wert-
schöpfenden Beitrag zum Unternehmenser-
folg leiste und daher der Mitteleinsatz auf
ein Minimum beschränkt werden müsse.
Dem gegenüber belegen empirische Erhe-
bungen, dass es durchaus einen positiven
Zusammenhang zwischen dem Erfolg eines
Unternehmens und dem Einsatz eines Qua-
litätsmanagements gibt. Doch wie kann die
Wirtschaftlichkeit qualitätsbezogener Aktivi-
täten von Unternehmen bewertet werden?
Hier lohnt es sich, einen genaueren Blick auf
die unternehmensinternen und -externen
Effekte und kausalen Abhängigkeiten zwi-
schen Wertschöpfung und Qualitätsmanage-
ment zu werfen.
► Unternehmensexterne Effekte
Eine Vielzahl der Aktivitäten und Ansätze des
Qualitätsmanagements ist auf eine exzellente
Produktqualität ausgerichtet. Qualitativ hoch-
wertige Produkte sind die Grundlage für eine
hohe Kundenzufriedenheit und Kundenbin-
dung und befördern insgesamt das Quali-
tätsimage und die Marktpositionierung der
Hersteller. Zufriedene Kunden sind loyale Kun-
den und wichtige Multiplikatoren: Sie kaufen
wiederholt Produkte der selben Marke und
geben ihre positiven Erfahrungen an andere
potenzielle Käufer weiter. Letzteres geschieht
zunehmend über einfache Bewertungsmecha-
nismen im Internet und ist in der Kommunika-
tionswirkung nicht zu unterschätzen. Solche
Empfehlungen gelten in der Regel als glaub-
würdig und können für die Neukundenakqui-
sition äußerst wertvoll sein. Darüber hinaus
beugt eine hohe Kundenzufriedenheit nega-
tiven Trends nach Preisanpassungen vor: Eine
sinkende Nachfrage oder Verluste von Markt-
anteilen sind dann weniger wahrscheinlich.
► Unternehmensinterne Effekte
Dank seiner prozessorientierten und damit
abteilungsübergreifenden Ausrichtung
beeinflusst das Qualitätsmanagement die
Leistungseffizienz eines Unternehmens.
Besonders die Prozessorientierung und eine
effektive, interdisziplinäre Kommunikation
Hoher Anspruch lohnt sich Wertschöpfungsorientiertes Qualitätsmanagement
ökonomischer Erfolg
Sicherung der Unternehmensexistenz
z.B.: ProduktqualitätMarkenpositionierung
Reduzierung der PreiselastizitätÜberwindung von Marktbarrieren
z.B.: time to marketpräventive FehlervermeidungLeistungserstellungseffizienzReduzierung der Fehlallokationen
externe Effekte interne Effekte
Aufbau eines Qualitätsimages Prozessorienteriung Kommunikation
Kundenorientierung Gesetzes- und Normkonformität
Mitarbeiterbeteiligung Kontinuierliche Verbesserung
QUALITÄTSMANAGEMENT
Marktanteile KostensenkungErlös-steigerung
vorö
kono
mis
che
Ziel
größ
enök
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elgr
ößen
Wertschöpfungsorientiertes Qualitätsmanagement
Ihr Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem
Telefon: +49 30 39006-118
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FUTUR 2/2013 11
helfen, Schnittstellenprobleme zu minimieren.
Qualitätsprogramme sorgen für eine kontinu-
ierliche Verbesserung und Implementierung
von Best-Practice-Lösungen in allen Unter-
nehmensbereichen. Dadurch beeinflussen sie
unmittelbar die Effizienz der Leistungserstel-
lung. Kostensenkende Effekte ermöglichen
einem Unternehmen notwendige Investitio-
nen zu amortisieren oder, je nach Geschäfts-
strategie, gezielt verschiedene Preissegmente
eines Marktes zu bedienen.
In der Konzentration auf die Prozesse und
deren konsequente Verbesserung liegt
gleichzeitig ein wachsendes Potenzial
für den Plagiatschutz. Je besser Prozesse
beherrscht werden, desto schwieriger wird
es für Wettbewerber, sie zu imitieren. Ange-
sichts exponential steigender Kosten für die
Fehlerbeseitigung zahlt sich ein effektives
Qualitätsmanagement auch bei der präven-
tiven Fehlervermeidung aus. Es senkt dar-
über hinaus das Risiko von kostenintensi-
ven Ressourcenfehlverteilungen sowie das
Risiko von Schadensfällen beim Kunden. Von
einer starken Qualitätssicherung und einer
gezielten Kundenorientierung profitieren
außerdem die Produktentwicklungsprozesse
im Unternehmen. So ergibt sich neben den
Kostenminimierungen aus einer optimier-
ten Ressourcenverteilung auch eine Verbes-
serung des Time to Market mit dem damit
verbundenen Absatznutzen.
Werden Qualitätssicherungsmaßnahmen
konsequent umgesetzt, entlasten sie zudem
Unternehmen juristisch in Bezug auf die
Produkt- oder Produzentenhaftung. Firmen
können dann z. B. nachweisen, dass sie ihre
organisatorischen Pflichten erfüllt haben.
Im Zuge der Harmonisierung des europä-
ischen Binnenmarktes müssen Unterneh-
men darüber hinaus oft belegen, dass ihre
Produkte bestimmten EU-Richtlinien ent-
sprechen. Mit normkonformen Qualitäts-
managementsystemen können Hersteller
solche Konformitätsnachweise erbringen
und damit Marktbarrieren überwinden oder
neue Absatzmärkte erschließen.
► Qualitätscontrolling
Zugegeben, ein effektives Qualitätsmanage-
ment bedeutet zusätzlichen organisatori-
schen und operativen Aufwand für jedes
Unternehmen. Der muss sich rechnen. Ein
direkter Nachweis der Wirtschaftlichkeit der
qualitätsbezogenen Aktivitäten eines Unter-
nehmens ist ohne Unterstützung geeigneter
Kennzahlen und Kennzahlensysteme kaum
zu bewältigen. Diese können als Frühwarn-
system gewährleisten, dass die Qualität von
Produkten und Prozessen nicht unter das
avisierte Maß fällt.
Aus diesem Grund gehört für die Qualitätsma-
nagementexperten von Fraunhofer IPK und
IWF der TU Berlin das Controlling fest zum
Qualitätsmanagement dazu. Dafür haben sie
ein kompaktes, ziel- und qualitätsorientier-
tes Kennzahlenkonzept entwickelt, welches
auf die kritischen Faktoren und Engpässe im
Unternehmen entlang der Wertschöpfungs-
kette ausgerichtet ist. Die so genannte Kenn-
zahlenpyramide gibt einen Überblick über die
definierten Kennzahlen – von der Geschäfts-
führung bis in die einzelnen Unternehmens-
bereiche. Eine Klassifizierung jeder Kennzahl
in Abhängigkeit des jeweiligen Umsetzungs-
aufwandes ermöglicht anschließend eine stu-
fenweise Einführung des Kennzahlensystems
in ein Unternehmen.
Zukünftig wollen die Wissenschaftler in ihrer
FuE-Arbeit vor allem die Methodeneffizienz
sowie die Durchgängigkeit der eingesetzten
Qualitätswerkzeuge entlang der Unterneh-
mensprozesse verbessern. Die sich aktuell
stark weiterentwickelnden qualitätsbezo-
genen Softwarelösungen werden außerdem
dazu beitragen, den notwendigen Aufwand
bei der operativen Arbeit mit Qualitätswerk-
zeugen zu minimieren.
Fazit für Unternehmen: Gezielte Investitionen
im Qualitätsbereich bringen eine positive
und nachhaltige Rendite. Wie intensiv der
Beitrag zum wirtschaftlichen Erfolg ausfällt,
hängt sowohl von den Anforderungen ein-
zelner Marktsegmente als auch von der Art
und Weise, wie das Qualitätsmanagement
in ein Unternehmen eingebunden ist, ab.
Beste Voraussetzungen haben diejenigen
Unternehmen, die Qualitätsmaßnahmen
konsequent und ohne Ausnahme in ihrer
gesamten Organisation anwenden.
Kennzahlen und Kennzahlensysteme dienen als Frühwarnsystem.
12
Technologie
Forschung und Entwicklung
► Schweißstruktursimulation
Im Automobilbau, wie in auch in weiteren
Industriezweigen, ist das Schmelzschwei-
ßen, wie zum Beispiel Lichtbogen- oder
Laserstrahlschweißen, ein unverzichtbares
Fügeverfahren. Neben einer Vielzahl von
Vorteilen birgt dessen Einsatz jedoch auch
Qualitätsrisiken bezüglich der geschweißten
Bauteile. Die lokal stark konzentrierte hohe
Erwärmung führt zu einer bleibenden und
oft nachteiligen Beeinflussung der Bauteil-
eigenschaften: Schweißbedingte Verzüge,
Eigenspannungen oder auch Gefügeverän-
derungen spielen hier eine Rolle. Auch wenn
diese Fügeverfahren bereits seit mehreren
Jahrzehnten erfolgreich zum Einsatz kom-
men, wirken sich ihre negativen Begleiter-
scheinungen und deren Handhabung auf
den Zeit- und Kostenbedarf der Produkten-
stehung aus. Die Schweißstruktursimulation
bietet hier ein großes Potential diesen Auf-
wand drastisch zu reduzieren.
Schweißstruktursimulation umfasst ist in die-
sem Fall die numerische Lösung einer transi-
enten, nichtlinearen, thermomechanischen
Problemstellung mit Hilfe der Finite-Element-
Methode (FEM). Sie untereilt sich in eine ther-
mische und mechanische Berechnung, die in
der Regel entkoppelt voneinander durchge-
führt werden. Die thermische Berechnung
hat das Ziel, das globale Temperaturfeld,
das durch den Schweißprozess entsteht,
abzubilden. Hierfür wird in der Regel der
reale hochkomplexe Prozess der Wärmeein-
bringung zu einem reinen Wärmeleitungs-
problem vereinfacht. Dadurch wird eine
Kalibrierung der thermischen Simulation mit
experimentell ermittelten Temperaturfeldda-
ten bedingt. Aus dem berechneten transi-
enten Temperaturfeld ergeben sich die orts-
und zeitdiskreten thermischen Dehnungen,
auf deren Grundlage Verzüge und Eigen-
spannungen mechanisch berechnet werden.
► Fertigung von Autotüren
Hersteller fertigen Autotüren aus mehreren
tiefgezogenen Einzelbauteilen, die zum Bei-
spiel mit einem Laserstrahl gefügt werden.
Schweißbedingte Verzüge können hier ins-
besondere dann eine Herausforderung dar-
stellen, wenn die Türen aus dem Leichtbau-
werkstoff Aluminium bestehen. Aluminium
hat im Vergleich zu Stahl eine doppelt so
große Wärmeausdehnung und neigt daher
stärker zum Schweißverzug. Es gibt zwar
Durch Schweißstruktursimulation können Aussagen über schweißbedingte Phäno-
mene wie Verzüge und Eigenspannungen an Bauteilen frühzeitig getroffen werden.
Damit hilft sie, zurzeit notwendige Iterationsschleifen im Entwicklungsprozess
zu minimieren. Außerdem liefert sie Informationen, die sich experimentell nur
sehr aufwändig oder gar nicht ermitteln lassen. Ursachen für Verzugs- und Eigen-
spannungszustände können so gezielt identifiziert und Bauteile und Verfahren
strukturiert optimiert werden.
Schweißsimulation Verzugsoptimierung an Praxisbauteilen
Abbildung des realen Temperaturfeldes mithilfe der numerischen Simulation
FUTUR 2/2013 13
Ihr Ansprechpartner
Raphael Thater
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Für einzelne Variantenuntersuchungen ist das
ein hinnehmbarer Zeitraum. Sie ermöglichen
jedoch keine Schweißreihenfolgenoptimie-
rung mittels eines einfachen »trial and error-
Verfahrens«, bei dem man nacheinander
verschiedene Varianten ausprobiert, bis die
Ergebnisse in einem angemessenen Rahmen
liegen. Bei dieser Herangehensweise würde
auch mit Hilfe der Simulation der Lösungs-
zeitraum in Anbetracht der Rechenzeiten
und Anzahl möglicher Schweißreihenfolgen
bei mehreren Wochen bis Monaten liegen.
Erst mit einer strukturierten Vorgehens-
weise allerdings kann der Lösungszeitraum
in einem angemessenen Rahmen gehalten
werden. Dazu wird zunächst der Zusam-
menhang zwischen Schweißverzug und ver-
schiedenen Randbedingungen untersucht,
um so die maßgebenden Verzugsursachen
zu identifizieren und anzugehen. Das kann
bedeuten, dass man den Einfluss der einzel-
nen Schweißnähte auf den globalen Verzug
analysiert und bewertet und ihn anschlie-
ßend mit Hilfe der Schweißreihenfolge oder
auch Schweißnahtlänge, Stoßart und Naht-
position mindert.
Für diesen Zweck entwickelt das IPK Metho-
den, die möglichst automatisiert das Verzugs-
verhalten der Autotür analysieren. Anhand
dieser Ergebnisse wird dann eine optimierte
Schweißreihenfolge vorgeschlagen, die den
verschiedene Ansätze mit denen man diesen
Verzügen entgegenwirken kann. Ansätze,
die Umformwerkzeuge, Spannvorrichtung
oder auch Bauteilgeometrie betreffen, sind
allerdings meist nur mit einem sehr hohen
Aufwand umsetzbar.
Die Möglichkeit den schweißbedingten Ver-
zug über die Schweißreihenfolge, die zeitli-
che Abfolge in der die einzelnen Nähte von
den Schweißrobotern ausgeführt werden,
zu minimieren, ist mit deutlich geringeren
Material- und Zeitkosten verbunden und
wird daher gern bevorzugt. Es stellt sich
jedoch die Frage, welche Schweißreihen-
folge den geringsten Verzug erzielt. Werden
die Schweißnähte einer Tür in gesteppter
Form ausgeführt, können schnell 50 Nähte
und mehr zusammenkommen. Bis man aus
den vielen möglichen Kombinationen dieser
Nähte eine Schweißreihenfolge mit ange-
messenem Schweißverzug gefunden hat,
können zahlreiche Versuche nötig sein. Hier
zeigt sich das Potential der Schweißsimula-
tion, diesen Aufwand deutlich zu reduzie-
ren: Das reale Verzugsverhalten von Auto-
türen kann durch die Simulation qualitativ
sehr gut nachgebildet werden, was A-B-
Vergleiche verschiedener Varianten ermög-
licht. Die Rechenzeiten liegen für diesen
Anwendungsfall in Abhängigkeit von der
Schweißzeit auf einem schnellen PC bei
etwa zwölf bis 24 Stunden.
Verzug minimiert und gleichmäßig verteilt.
Liegt das entsprechende FE-Modell der Tür
vor, kann innerhalb von nur wenigen Tagen
eine optimierte Schweißreihenfolge ermittelt
werden – ohne weiteres Zutun des Ingeni-
eurs. Im Vergleich zur rein experimentellen
Vorgehensweise stellt dieses Verfahren eine
deutliche Verbesserung dar.
Ergebnisse einer Schweißsimulation: Temperatur, Verzug und Eigenspannungen
TemperaturVerzug Eigenspannungen
14
Technologie
Forschung und Entwicklung
Um die Prozesssicherheit und die Wirt-
schaftlichkeit beim Mikrofräsen zu erhö-
hen, verfolgen die Fraunhofer-Forscher den
Ansatz, die Schneidkanten von Mikrofrä-
sern mit einer gezielten und definierten
Verrundung unter 10 µm zu versehen. So
werden die Schneiden stabilisiert und die
Reibung zwischen Werkzeug, Werkstück
und Span wird verringert. Um das Mik-
rofräsen als Gesamtprozess zu verbessern,
müssen allerdings zahlreiche Faktoren opti-
mal aufeinander abgestimmt werden: die
Schneidkantengeometrie, der zu bearbei-
tende Werkstoff, die Werkzeugbeschich-
tung sowie die Schnittparameter. Für eine
solche Feinabstimmung muss gewährleistet
sein, dass die Schneidkantengeometrie wie-
derholt gemessen und reproduziert werden
kann. Außerdem muss bekannt sein, wie
sich unterschiedliche Schneidkantenradien
auf den Fertigungsprozess auswirken.
► Messen mit System
Um eine Messanweisung für Mikrofräser
zu definieren, stellten die Wissenschaft-
ler zunächst ein Radiennormal mit vier
unterschiedlichen Kantenradien her. In
der anschließenden Kalibrierung zertifi-
zierte das Metrologie institut METAS in der
Schweiz Kantenradien zwischen 2,8 µm
und 33,6 µm. Für die Messung wurde
InfinitFocus von Alicona ausgewählt, da es
im Vergleich mit anderen Messgeräten sehr
geringe systematische Fehler und Mess-
unsicherheiten aufweist. Eine umfangrei-
che Analyse aller Messgeräteeinstellungen
zeigte darüber hinaus, dass die gewählte
Auflösung einen signifikanten Einfluss
auf das Messergebnis hat. Anhand dieser
Erkenntnisse definierten die Wissenschaft-
ler eine Messanweisung und übertrugen
sie erfolgreich auf Mikrofräser.
► Auf die Geometrie kommt es an
Um Mikrofräser durch eine applikationsopti-
mierte Schneidkantengeometrie verbessern
zu können, mussten die Forscher den Prozess
der Schneidkantenpräparation sehr genau
verstehen und beherrschen. Auf der Basis
ihrer Grundlagenforschung setzen sie heute
erfolgreich Tauchgleitläppen bei der Schneid-
kantenpräparation ein. Die Untersuchungen
ergaben, dass sich über die Wahl der Bearbei-
tungszeit die Größe des Schneidkantenradius
prozesssicher einstellen lässt. Die Wahl des
Verfahrensmittels bestimmt die Schartigkeit
der Schneidkanten. Werden verschiedene
Bearbeitungszeiten und Prozessparameter
mit unterschiedlichen Verfahrensmitteln kom-
biniert, kann eine Vielzahl unterschiedlicher
Schneidkantengeometrien hergestellt werden.
Eine fehlerfreie Schneidkante ohne Ausbrüche
ist hierfür allerdings eine wichtige Vorausset-
zung. Aktuell weisen ca. zehn Prozent aller
Mikrofräsen bereits im Neuzustand Mikoraus-
brüche an den Schneidkanten auf.
► Welche Schneidkante überzeugt?
Ziel der Forschungsgruppe war es, den Ein-
fluss der verschiedenen Schneidkanten-
geometrien auf den Mikrofräsprozess zu
untersuchen und anschließend anwendungs-
spezifische Empfehlungen geben zu können.
Zu diesem Zweck wurde am Fraunhofer IPK
Extrem hohe geometrische Flexibilität, eine große Werkstoffbandbreite und
vergleichsweise kurze Prozesszeiten bei der hochpräzisen Fertigung kleiner
Strukturen und Bauteile – diese Vorzüge machen das Mikrofräsen im Form- und
Werkzeugbau sowie in der Dentaltechnik unverzichtbar. Mikrofräswerkzeuge
bestehen typischerweise aus Fein- oder Ultrafeinkornhartmetall mit Durchmes-
sern zwischen 0,1 und 1 mm. Die ultradünnen Schneidkanten bilden allerdings
eine Schwachstelle für die Prozesssicherheit, denn sie verschleißen schnell. Um
die Werkzeuge stabiler zu machen, arbeiten Wissenschaftler am Fraunhofer IPK
an der Optimierung der Schneidkantengeometrie von Mikrofräsern.
Optimal präpariert Schneidkanten für Mikrofräswerkzeuge
REM-Aufnahmen von unterschiedlichen Schneidkantengeometrien an der Umfangsschneide
Mikrofräser zur Bearbeitung von Werkzeug und Formenstahl
FUTUR 2/2013 15
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Armin Löwenstein
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Werkzeugverschleiß im Mittel um 14 Prozent,
maximal sogar um bis zu 30,5 Prozent. Mit
der so behandelten Schneidkante konnten
die Wissenschaftler nicht nur die Verschleiß-
markenbreite, sondern auch die Streuung der
Ergebnisse im Vergleich zu unpräparierten
Werkzeugen um bis zu 95 Prozent reduzie-
ren. Derart zuverlässige Resultate tragen in
der Fertigung dazu bei, die Prozesssicherheit
und die Prognose von Bearbeitungsergeb-
nissen signifikant zu verbessern.
Die präparierten Werkzeuge erzeugten darü-
ber hinaus alle eine deutlich konstantere
Oberflächenrauheit über den gesamten Fräs-
weg. In weiteren Versuchen stellten die For-
scher fest, dass sie den Schneidkantenra-
dius erhöhen konnten, ohne dass sich die
ein spezieller Versuchsstand aufgebaut. In
eine Mikrofräsmaschine der Firma Wissner
vom Typ Gamma 303 High Performance
wurden eine Kraftplattform von Kistler
vom Typ 9256C2 sowie eine µ-Eye-Kamera
mit Pentax-Objektiv zur Verschleißerfas-
sung integriert. Im Anschluss an die Bear-
beitung wurde die Oberflächenrauheit der
gefrästen Bauteile analysiert. Dazu wurden
Werte an drei Messstellen mit je drei Pro-
filschnitten mit einem Hommel Messgerät
vom Typ Nanoscan 855 nach DIN EN ISO
4287 aufgenommen und ausgewertet. Der
geringste Werkzeugverschleiß ließ sich nach
einem Fräsweg von 10 m bei einem Kan-
tenradius von 8 µm und einer maximalen
Schartigkeit von 0,3 µm feststellen. Mit
dieser Schneidkantengeometrie sank der
Oberflächenqualität signifikant verschlech-
terte. Das gilt besonders für Schneidkanten
mit geringer Schartigkeit. Werkzeuge mit
einem Kantenradius von 4 µm und einer
Schartigkeit von 0,3 µm zeigten dabei die
geringste Oberflächenrauheit. Die Mes-
sungen ergaben auch, dass die Werkzeuge
durch die Schneidkantenpräparation nicht
wesentlich mehr belastet wurden als vorher.
► Mikrofräsen optimiert
Die FuE-Ergebnisse der Fraunhofer-Ingeni-
eure tragen dazu bei, Mikrofräsen als Ferti-
gungsverfahren langfristig sicherer und wirt-
schaftlicher zu gestalten. Mit Hilfe kalibrierter
Radiennormale unter 10 µm wurde eine
Messanweisung definiert, die nur geringe
systematische Messabweichungen und mini-
male Messunsicherheit gewährleistet. Die
Wissenschaftler konnten zeigen, dass mit-
tels Tauchgleitläppen sehr kleine und varia-
ble Schneidkantengeometrien prozesssicher
hergestellt werden können. Die auf diese
Weise behandelten Werkzeuge waren den
unpräparierten Mikrofräsern im Test überle-
gen. Sie konnten durch wesentlich geringere
Verschleißschwankungen und gleichmäßi-
gere Oberflächenqualitäten überzeugen.
Messwerte der Versuche mit Werkzeugen mit unterschiedlichen Schneidkantengeometrien
5 mm
16
Informationstechnik
Forschung und Entwicklung
► Innovatives Wertemodell
Neue Werkzeuge – sowohl physische als
auch informationstechnische – und deren
Verkettung in der Fabrik bedingen ein kla-
res Konzept. Um es zu erstellen, muss das
Zusammenspiel zwischen Wissen, Werkzeu-
gen und Wertschöpfung in einem Unter-
nehmen analysiert werden. Die unterneh-
mensgetriebene Entscheidung für spezifische
Softwarewerkzeuge beruht auf Faktoren
wie einer steigenden Konkurrenzfähigkeit,
sinkender Time-to-Market und Effizienzge-
winnen. Demgegenüber steht die erkennt-
nisgetriebene Entwicklung von Werkzeugen,
in denen neues Wissen aus Forschung und
Entwicklung integriert wird, beispielsweise
über neue Materialien und deren Eigenschaf-
ten, und die dann wiederum zu einer opti-
mierten Produkt auslegung genutzt werden
können. Durch den Einsatz der Werkzeuge
wird wiederum Erfahrungswissen generiert.
So entsteht ein Zyklus, durch den Unterneh-
men einen nachhaltigen Nutzen gewinnen.
► Kompetenzen fördern
Welche Mitarbeiterkompetenzen sind erfor-
derlich, um solche »Werkzeugketten« ein-
führen und nutzen zu können? Wie kön-
nen diese »Werkzeugkompetenzen« gezielt
im Unternehmen entwickelt werden? Wel-
ches »Kernwissen« gilt es im Unternehmen
zu halten und bedarfsgerecht zu fördern?
Diese Fragen verändern nicht nur die Anfor-
derungen an die universitäre Ausbildung,
sondern auch an die berufliche Weiterbil-
dung. Fach- und Hochschulen konzentrieren
sich derzeit auf die Vermittlung von theore-
tischem Grundlagenwissen, Methoden und
Algorithmen gepaart mit konkreten Praxis-
beispielen. Zukünftig wird die Vermittlung
von Integrationskompetenz eine immer
größere Rolle spielen. D. h., Studierende
müssen die systemische Betrachtung von
Werkzeugen als Bausteine einer Werkzeug-
kette erlernen. Dabei kommt es insbesondere
auf die Beherrschung von Schnittstellen zwi-
schen den einzelnen Werkzeugen an. Diese
Anforderungen werden bereits heute in der
Lehre des IWF der TU Berlin berücksichtigt.
Die betriebliche Weiterbildung steht vor der
Herausforderung, das Know-how von Mit-
arbeiterInnen im Hinblick auf die Anwen-
dung unterschiedlichster Werkzeuge zu
fördern. Gerade für kleine und mittlere
Unternehmen ist es nicht immer leicht, den
neuesten Entwicklungen am Markt zu fol-
gen und komplexe innovative Lösungen,
die den Einsatz verschiedener Werkzeuge
erfordern, zu realisieren. Zugleich müssen
auch große Konzerne die Chance nutzen,
das Erfahrungswissen langjähriger Mitar-
beiterInnen in den Werkzeugketten abzu-
bilden, da es sich hier prinzipiell sehr sys-
tematisch sichern lässt.
Die Informationstechnik ist heute einer der bestimmenden Faktoren für die Effi-
zienz von Fabriken. Das Fabrikmodell des Produktionstechnischen Zentrums Berlin
begrenzt Produktionsstätten nicht mehr nur auf die unmittelbare Fertigung und
Herstellung von Produkten, sondern bezieht explizit alle relevanten Planungs- und
Engineering-Phasen mit ein. Das hat weitreichende Folgen für die Wertschöpfung.
Effizienzgewinne hängen nicht nur von der Einführung und Integration einzelner
Software-Werkzeuge ab, sondern vor allem von der richtigen Verkettung der
Werkzeuge auf und zwischen den unterschiedlichen Produktionsebenen. Diese
übergreifende Vernetzung ist wesentliche Voraussetzung für den effizienten
Aufbau von Prozessketten in einer wandlungsfähigen Produktion und für die
dafür erforderliche, zunehmend systemisch geprägte Produktentstehung.
Wissen schafft Werkzeuge schafft Wert Informationstechnik für effiziente Fabriken
Innovatives Wertemodell
Strategie(Unternehmensgetrieben)
Heureka!(Erkenntnisgetrieben)
PassgerechteAnwendung von
Wissen
Konkurrenzfähigkeitsteigt, Time-to-marketsinkt, führt zu effizienterer und effektiverer Arbeit
Prozessgerechter Einsatzvon Anwendungen
Wissen über neues Material
(Tests, Forschung)
Produktiver Einsatzmit Zusatz-Know-how
Applikatinen für Produkt-
auslegung
Wissen
Wertschöpfung
IT-basierteWerkzeuge
(Modelle, Algorithmen)
FUTUR 2/2013 17
Steuerungen noch von spezifischer Hard-
ware abhängen werden. Neben der Frage der
Plattformunabhängigkeit entstehen durch
Software-on-Demand-Konzepte und Open-
Source-Modelle neue Nutzungskonzepte, die
wesentlichen Einfluss auf die Kosten der Soft-
warenutzung haben. Auch dazu berät das
Fraunhofer IPK seine Kunden.
► Potenziale ausschöpfen
Selbst in modernen Fabriken werden Wert-
schöpfungspotenziale durch eine Verkür-
zung der Time-to-Market, Zeiteinsparungen
in der Produktentwicklung oder Erhöhung
des Automatisierungsgrades nur zum Teil
ausgeschöpft. Das betrifft beispielsweise
die digitale Planung von Montageprozessen
oder die Optimierung der Energieeffizienz in
der Produktion. Ein erhebliches Wertschöp-
fungspotenzial liegt aber auch im Einsatz
von Softwarewerkzeugen zur Produktab-
sicherung und aktiven Risikoveringerung.
Auch bei der Frage, wie sich ein Produkt am
Markt bewähren wird, kann die Simulation
von Eigenschaften eines Produkts Klarheit
über dessen Nutzungsrobustheit bringen.
Welche Bearbeitungsprozesse sich zukünf-
tig kostengünstig auf Basis flexibler Robo-
tertechnik realisieren lassen, kann ebenfalls
mit Hilfe von steuerungs- und regelungs-
technischer Simulationen beantwortet wer-
den. Eine kosteneffiziente Abschätzung der
► Next Generation PLM
Die virtuelle Produktentstehung der Zukunft
wird wesentlich stärker und flexibler als bis-
her Einzelwerkzeuge wie CAD, CAE, CAM/
CAP und DMU mit lebenzyklusorientiertem
Informationsmanagement vernetzen und
dabei systemische Randbedingungen der Pro-
duktnutzung wie Umwelteinflüsse und Infra-
struktur mit Hilfe von Modellbasiertem Sys-
tems Engineering (MBSE) abgleichen. Dafür
müssen nicht nur neue Informationsmodelle
geschaffen, sondern auch neue Ansätze und
methodische Formen der Produktentwick-
lung und Produktionsvorbereitung konzi-
piert und erprobt werden. Das Fraunhofer
IPK bietet hier seinen Kunden gezielte Unter-
stützung bei der Anforderungsanalyse sowie
Auswahl, Integration und Kombination von
Softwarewerkzeugen. Letzteres ist beson-
ders dann wichtig, wenn mit Hilfe komplexer
Simulationen die Robustheit von Fertigungs-
prozessen abgeschätzt oder die Energieeffizi-
enz einer Produktion kontrolliert werden soll.
In der Automatisierungstechnik entfalten
Softwarewerkzeuge ihr Potenzial hauptsäch-
lich durch die Fähigkeit zur Simulation kom-
plexer steuerungs- und regelungstechnischer
Abläufe. Die Verbindung realer Steuerungen
mit virtuellen Produktionsanlagen – sei es in
der Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation,
der Simulation von virtuellen Steuerungen
im Zusammenspiel mit realer Hardware wie
SIL/Software-in-the-Loop und MIL/Model-
in-the-Loop oder der Simulation virtueller
Steuerungen für virtuelle Hardware wie RRS/
Realistische Robotersimulation – ermög-
licht eine effiziente Optimierung dynami-
scher Systeme und Prozesse mit dem Prin-
zip cyber-physischer Systeme. Dies stellt die
Endanwender automatisierungstechnischer
Systeme vor ganz neue Herausforderungen
in Bezug auf Investitionen in zukünftige steu-
erungstechnische Infrastrukturen. Dabei stellt
sich konkret die Frage, wie stark zukünftige
Prozesssicherheit und Genauigkeit gelingt
hier nur mit einer geeigneten Verkettung
unterschiedlicher Softwarewerkzeuge.
Im Rahmen des XIV. Internationalen Produk-
tionstechnischen Kolloquiums (PTK) vom 25.
bis 26. September 2013 in Berlin erläutern
Referenten aus Industrie und Wissenschaft
u. a. neueste IT-Anwendungen und ihre kon-
kreten Wertschöpfungspotenziale für eine
effiziente Fabrik. Anhand von Praxisbeispie-
len aus den Bereichen Produktentstehung,
Automatisierung, Medizintechnik und Ener-
giemanagement wird aufgezeigt, wie Wert-
schöpfung und Effizienz durch den geziel-
ten Einsatz neuester Informationstechnik
gesteigert werden und wie mit Hilfe einer
geschickten Einführung der nächsten Soft-
ware-Generation neue Wertschöpfungs-
potenziale in der modernen Fabrik ausge-
schöpft werden können.
Ihre Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger
Telefon: +49 30 39006-184
E-Mail: joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de
Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark
Tel.: +49 30 39006-243
E-Mail: rainer.stark@ipk.fraunhofer.de
CAM/CAP
MIL
RRS
SIL
HIL
CAM
PDM
DMU
CAD
Model-based
SE
Echt-zeit-sim.
CAEBetriebe managen
Qualität garantieren
... mit innovativenFertigungstechnologien,
... Maschinen und Werkzeugen
Produkte entwickelnProdukte herstellen...
... und automatisierten Methoden
Unternehmensmanagement
Qualitätsmanagement
Produktionssysteme
Füge- undBeschichtungstechnik
VirtuelleProduktentstehung
Automatisierungs-technik
Gebündelte Kompetenzen: Softwareportfolio am Fraunhofer IPK
18
Informationstechnik
Forschung und Entwicklung
► Das W³-Modell
Ausgehend vom W³-Modell (siehe Seite
16) können zwei Richtungen unterschie-
den werden: Betrachtet man das Modell
im Uhrzeigersinn, kann aus einer neuen
Erkenntnis heraus (»Heureka!«) durch infor-
mationstechnische Werkzeuge die Wert-
schöpfung erhöht werden. Neues Wissen
über Materialen zum Beispiel trägt dazu bei,
dass Modelle in informationstechnischen
Systemen besser simuliert werden können,
was sich wiederum bei der Produktausle-
gung als effizienter erweist und somit in
einer besseren digitalen Wertschöpfung
niederschlägt.
Gegen den Uhrzeigersinn betrachtet, sollte
ein Unternehmen aus strategischer Sicht
stets wettbewerbsfähig sein. In der digita-
len Wertschöpfungskette kann dies durch
effektive sowie effiziente informationstech-
nische Werkzeuge erreicht werden, mittels
derer neues Wissen generiert wird. Dieses
Wissen trägt wiederum zu einer höheren
Wertschöpfung bei.
Die folgenden Szenarien zeigen das Wech-
selspiel von Wissen, Werkzeugen und Wert-
schöpfung auf und demonstrieren, wie das
W³-Modell im Uhrzeigersinn (Szenario 1 und
2) oder gegen den Uhrzeigersinn (Szenario
3 und 4) verstanden werden kann.
► Szenario 1: Intelligentes Systems
Engineering
Mit zunehmender Funktionalität moderner
Produkte steigen auch Komplexität, Menge
und Abhängigkeiten digitaler Modelle, mit
denen Systeme im Entwicklungsprozess
beschrieben werden. Dies führt dazu, dass
immer mehr modellbasierte Ansätze ihren
Weg in das Systems Engineering finden.
Das neue Berufsbild der System-Ingenieure
arbeitet mit unterschiedlichen Entwicklungs-
artefakten, wie z.B. Anforderungen, Sys-
temelementen und Simulationsmodellen,
die durchgängig und interoperabel mitei-
nander verknüpft sind. Unterstützt werden
sie außerdem durch semi-automatisierte
Assistenzsysteme. Die Grundlage dafür bil-
den Modelle, die über semantische Regeln
miteinander verknüpft sind. So kann sich
beispielsweise ein System-Ingenieur mit
Hilfe intelligenter Modelle Vorschläge für
die Modularisierung einer Systemstruktur
generieren – und bei Änderungen der Pro-
duktanforderungen oder Funktionalitäten
die Modulstruktur vom System anpassen
lassen. Sie wird außerdem für nachgelagerte
Entwicklungsaktivitäten bereitgestellt.
► Szenario 2: Heute beeinflussen
was morgen wichtig wird
Alle Eigenschaften, die ein Produkt über sei-
nen gesamten Lebenszyklus aufweist, wer-
den weitgehend in den frühen Phasen der
Produktentstehung festgelegt. Künftig verei-
nen Simulationsmodelle über das Wertschöp-
fungsnetz des Produktes eine multikriterielle
Optimierung über Nachhaltigkeitsdimensio-
nen mit einer Systemoptimierung.
Auf Basis der Simulationsmodelle können Ent-
wicklungsingenieure ökonomische, ökologi-
sche und soziale Auswirkungen ihrer Entschei-
dungen erkennen und Produktalternativen
gegeneinander abwägen – ohne dabei die
Mit der Entwicklung Deutschlands vom Wirtschaftsstandort hin zu einem Wissen-
schaftsstandort hat sich die Arbeitswelt grundlegend verändert. Verfügbarkeit,
Vernetzung und Gebrauch transdisziplinären Wissens innerhalb und außerhalb
eines Unternehmens gelten insbesondere in der Produktentwicklung als zentrale
Erfolgsfaktoren. Die nachfolgenden Szenarien beschreiben, welche Bedeutung
Wissen und Werkzeuge künftig erlangen und wie sie Ingenieurinnen und Ingeni-
euren erlauben, mit dynamischen und komplexen Informationsbeständen intuitiv
zu interagieren und sie so gezielt im Entwicklungsprozess einzusetzen.
Der Informationsalltag von MorgenMit Informationstechnik zu neuem Wissen
Werkzeug für die erlebbare Produktabsicherung
z.B. Viruelles Modell einer Heckklappe mit haptischen Interaktionsgerät zum Erfahren von Öffnen und Schließen einer Heckklappe
CAE MKS Simulation, 3D-Visualisierung, Interaktionsalgorithmen, Echtzeitkopplung
Vernetztes Wissenin Form von
-intelligenten Modellen-Expertenwissen-Erfahrungswissen
Wertschöpfungin Form von
-Risokoabsicherungen-Modularisierung und-Weiternutzung
Das Zusammenspiel von Wissen, Werkzeugen und Wertschöpfung am Beispiel der erlebbaren virtuellen Simulation
Ihr Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark
Tel.: +49 30 39006-243
E-Mail: rainer.stark@ipk.fraunhofer.de
Dipl.-Ing. Kai Lindow
Telefon: +49 30 39006-214
E-Mail: kai.lindow@ipk.fraunhofer.de
FUTUR 2/2013 19
Absicherung kann über Standorte hinweg
geschehen. Beispielsweise kann ein Simu-
lationsexperte in einem Café in Paris eine
Heckklappen-Simulation starten und steu-
ern. Auf der anderen Seite evaluiert der Pro-
jektleiter in Bangalore das System an einem
Interaktionsgerät, das aus einer virtuellen
Simulation sowie Laborhardware besteht.
Per Videokonferenz gibt er anschließend
Feedback an den Entwickler. Dieser wiede-
rum passt Parameter unterwegs an, damit
der Projektleiter das veränderte System
erneut erleben und bewerten kann.
► Szenario 4: Die reale Fabrik in der
digitalen Planung
Die Arbeit von Fabrikplanern ist heutzutage
sehr mühselig. Der Aufwand für Informati-
onsbeschaffung und Abstimmung mit ande-
ren Bereichen führt dazu, dass er nur die
Hälfte seiner Arbeitszeit mit seinen eigentli-
chen Aufgaben – Prozess-, Layout- und Logis-
tikplanung – verbringen kann. Mittels eines
durchgängigen Fabrikdatenmanagements
und der ganzheitlichen Abbildung der realen
Fabrik in digitalen Modellen kann der Fabrik-
planer der Zukunft nicht nur bestehende Pro-
zesse, Betriebsmittel oder ganze Anlagen als
technische Funktionalität des Produktes
zu vernachlässigen. Anschließend wird der
Ingenieur in der Konstruktionsphase pro-
zessbasiert unterstützt, um eine hohe Pro-
duktqualität zu gewährleisten. Dazu werden
die bislang verwendeten Absicherungsme-
thoden schon im virtuellen Entwicklungspro-
zess berücksichtigt. Durch das idealerweise
vollständige digitale Abbild des Produk-
tes entstehen neue Vorteile im Hinblick
auf Kennzahlensysteme sowie den früh-
zeitigen Abgleich von Schnittstellen und
Entwicklungslösungen.
► Szenario 3: Erlebbare Absicherung
ohne Grenzen
Die Absicherung technischer Systeme spielt
eine zentrale Rolle im Produktentstehungs-
prozess. Nutzerstudien in den frühen Pha-
sen der Produktentwicklung können späte
teure Änderungen reduzieren. Um jedoch
repräsentative Ergebnisse aus den Nutzerstu-
dien zu erhalten, müssen die Absicherungen
erlebbar gestaltet werden. Beim Nutzererle-
ben sind dabei verschiedene Dimensionen zu
berücksichtigen: symbolische Aspekte, Emo-
tionen, Ästhetik, Funktionskorrektheit und
schließlich die Benutzbarkeit. Die erlebbare
Basis für seine Planung verwenden, er kann
darüber hinaus Prozessoptimierungen aus
dem Betrieb in seiner Planung berücksichti-
gen. Er kann außerdem domänenübergrei-
fend mit Kollegen der MES-Technik, Anla-
genautomatisierung oder Logistikplanung
am digitalen Modell verschiedene Alterna-
tiven diskutieren und erarbeiten. Durch eine
kontinuierliche Rückführung der Geometrie,
des funktionalen Verhaltens der Steuerungs-
programme und der Elektrik der Fabrik in
eine Datenbasis, gelingt es ihm, seine Zeit
für Informationsbeschaffung und Bespre-
chungen auf ein Minimum zu reduzieren.
Charlotte Laurenceau
Simulationsexpertin
Café in Paris
Verbunden über Videokonferenz
Ziel:Konzeptentscheidung vom Projektleiter
Vorbereitung: Aufbau des Simulati-onsmodells;Starten der Simulation
Durchführung der Simulation, Änderung von Parametern on the fly
Heckklappe geht zu schwer auf, fühlt sich nicht gut an)
Shashank Mehrota
Projektleiter
Testcenter in Bangalore
Verbunden über Videokonferenz
Erlebbares Testen verschiedener Konzepte
Feedback an Entwicklungsteam
Der zukünftige Einsatz von Wissen und Werkzeugen für eine global vernetzte Wertschöpfung
Forschung und Entwicklung20
► Eine Technik, zwei Ansätze
Bei der Szenariotechnik werden auf Grund-
lage einer bestimmten Ausgangssitua-
tion und beobachtbarer Entwicklungen
Zukunftsprognosen entworfen. Die Tech-
nik dient dazu, innovative und nachhaltige
Lösungen für gegenwärtige und mögliche
künftige Probleme zu entwickeln. Je nach
Ausgangslage und Problematik gibt es bei
der Entwicklung eines Szenarios zwei ver-
schiedene Herangehensweisen: Beim »pro-
bleminduzierten« Ansatz ist der Ausgangs-
punkt – wie der Name schon sagt – ein zu
lösendes Problem. Es gilt, einen Weg zum
Ziel zu entwickeln, der mögliche Hindernisse
berücksichtigt und überwindet. Beim »tech-
nologieinduzierten« Ansatz steht dagegen
zu Beginn eine Technologie, für die sinnvolle
Anwendungsbereiche gefunden werden sol-
len. Am Ende steht bei beiden Methoden ein
zukunftsfähiges Technologiekonzept.
► Szenarien für Nachhaltigkeit
Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs
1026 »Sustainable Manufacturing – Shaping
Global Value Creation« wenden Forsche-
rinnen und Forscher die Szenariotechnik
an, um Technologien zur Bewältigung des
Wachstums aufstrebender Weltregionen zu
entwickeln. Miteinbezogen werden dabei
die Lebensweltbereiche Mobilität, Energie
und Produktion. Die Methode ermöglicht es,
auf der einen Seite nachhaltige technische
Potenziale zu identifizieren und in nützliche
Anwendungen zu überführen. Dieses Verfah-
ren entspricht dem technologieinduzierten
Ansatz der Szenariotechnik.
Auf der anderen Seite berücksichtigt die For-
schungsgruppe bei ihrer Arbeit die Bedürf-
nisse der betroffenen Menschen und ver-
sucht Wege zu finden, diese nachhaltig zu
befriedigen. Darin spiegelt sich der problem-
induzierte Ansatz wider.
Die Weltbevölkerung umfasst sieben Milliarden Menschen. Weniger als eine
Milliarde davon gehört zur sogenannten früh-industrialisierten Welt, deren
Wohlstandsniveau nun auch andere Nationen erreichen wollen. Würden aller-
dings alle Länder die derzeit in Industrieländern üblichen Technologien nutzen,
stiege der globale Ressourcenverbrauch über jedes ökologisch, ökonomisch und
sozial verantwortbare Maß. Lebensqualität und Ressourcenverbrauch durch nach-
haltige Technologien in Einklang zu bringen, ist das Ziel des Sonderforschungs-
bereichs 1026 »Sustainable Manufacturing – Shaping Global Value Creation«.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben erstmalig eine szenariobasierte
Methode vorgestellt, die die Entwicklung nachhaltiger Technologiesysteme für
unterschiedliche Entwicklungsniveaus unterstützt.
Szenariotechnik
SzenariotechnikZukunftsfähige Technologiekonzepte
1
2 34 5
5
67
1
2
3
4
6
7
Walzenbrecher (Brechen der Kakaobohnen)
Kugelmühle (Feinvermahlung)
Steigsichter (Aussortieren der Schalen)
Röster
Rührwerktank
Dieseltank und -Aggregat
Steinmühle (Vorvermahlen der Nibs)
Kakaofabrik
FUTUR 2/2013 21
Ihre Ansprechpartnerin
Dipl.-Wirt.-Ing. Pia Gausemeier
Tel.: +49 30 314-27094
E-Mail: gausemeier@mf.tu-berlin.de
Erste Ergebnisse lassen sich anhand der
Beispiele »Fahrradmobilität in Berlin« und
»Produktionsszenarien für Sierra Leone«
verdeutlichen. Sie zeigen zwei unter-
schiedliche Phasen des probleminduzier-
ten Pfades. Ausgangspunkt sind jeweils
Szenarien, die verschiedene denkbare
Zukünfte abbilden und auf deren Basis
technische Lösungsansätze entwickelt wer-
den. Daraus lassen sich zukunftsrobuste
Technologiesysteme ableiten.
► Fahrradmobilität in Berlin
Forscherinnen und Forscher des Sonderfor-
schungsbereichs 1026 untersuchen das Fahr-
rad als eine Lösungshypothese nachhaltiger
Mobilität. Gründe, mit dem Fahrrad zu fah-
ren, reichen von sehr pragmatischen Motiven
bis hin zu Lifestyle-Aspekten. Das Fahrrad
stellt jedoch über alle Entwicklungsniveaus
hinweg ein viel genutztes Mobilitätsmittel
und somit einen attraktiven Untersuchungs-
gegenstand dar. Seine Entwicklung muss sich
an den Bedürfnissen der Menschen, die je
nach Entwicklungsniveau sehr stark variie-
ren, orientieren. Um nachhaltige Technolo-
gien zu identifizieren oder entwickeln, sind
daher neben den vorherrschenden ebenso
antizipierte Gegebenheiten miteinzubezie-
hen – denn Zukunftsfähigkeit ist elementarer
Bestandteil der Nachhaltigkeit.
Für die Fahrradmobilität in Berlin im Jahr
2025 wurden drei Szenarien entworfen. Sie
unterscheiden sich hinsichtlich diverser Para-
meter wie beispielsweise der Entwicklung
der Berliner Infrastruktur, Servicemodellen,
Fahrradfahrmotiven, Vernetzung mit ande-
ren Verkehrsmitteln, aber auch allgemei-
nen Faktoren wie Wirtschaftswachstum und
Umweltbewusstsein. Diese drei Szenarien
bilden die Rahmenbedingungen ab, sodass
auf ihrer Basis entsprechende Fahrradkon-
zepte entwickelt werden können.
► Produktionsszenarien für Sierra
Leone
Am Beispiel von Sierra Leone wurde ein Pro-
duktionsszenario entwickelt, das für eine
Region mit niedrigem Entwicklungsniveau
gelten kann. Kakao ist eines der Hauptex-
portgüter des westafrikanischen Staates. Die
antizipierten Rahmenbedingungen für die
Weiterverarbeitung von Kakao zu Kakao-
masse sind prekär. Fehlende Stromversor-
gung, marode Straßen und eine unsichere
innenpolitische Lage machen Sierra Leone
zu einem schwierigen Produktionsstandort.
Deshalb wurde eine einfach umsetzbare
Kleinfabrik für die Kakaomassenherstellung
konzipiert, die den Menschen vor Ort eine
Perspektive bietet, ihre Lebensqualität zu ver-
bessern. Alle dafür erforderlichen Anlagen
finden in einem 40 Zoll Schiffscontainer Platz.
Durch leichte Modifikationen des Containers
vor Ort wie das Installieren von Fenstern und
Dach entsteht das Fabrikgebäude.
Die Kleinfabriken sollen verhältnismäßig
kleine Mengen Kakao verarbeiten und von
einzelnen Kommunen betrieben werden.
Dieses Konzept berücksichtigt die dörflichen
Strukturen und ermöglicht den Kleinbauern,
an der erzielten Wertschöpfung teilzuhaben.
Da die Bauern in Mischkulturen anbauen,
leistet es außerdem einen Beitrag zum Erhalt
der Biodiversität.
Szenario 3 — Alles wie gehabt.
Szenario 2 — Der wilde Osten.
Szenario 1 — Berliner Wirtschaft radelt davon.
22
Technologie
Forschung und Entwicklung
Innovative Verfahrenskonzepte nehmen manchmal ungewöhnliche Wege in die
wirtschaftliche Praxis. So ist es wohl auch zu erklären, dass ein produktionstechni-
sches Institut Entwicklungsprojekte mit Museen durchführt. Letztere interessieren
sich aktuell für ein Reinigungsverfahren auf Basis von flüssigem Kohlendioxid,
das Experten des Fraunhofer IPK und der Amsonic AG ursprünglich für die indus-
trielle Teilereinigung entwickelten. Gemeinsam untersuchen Wissenschaftler und
Restauratoren jetzt die Potenziale dieser Technologie für die Denkmalpflege.
Von der Fertigung ins Museum
Die Aufgaben selbständiger und in Maga-
zinen und Museen beschäftigter Restaura-
toren sind so umfangreich wie die dabei
alltäglich vorliegenden Problemstellungen
der Kunst- und Kulturgüterpflege. Sie rei-
chen von dem Erhalt und der Reinigung von
Artefakten über die Beseitigung von Schim-
melbefall und dessen Schäden bis hin zur
Dekontamination von Objekten von diversen
Pestiziden. Die Originalität der Kulturgüter
zu bewahren und die zum Teil hoch emp-
findlichen Materialien zu schützen, ist dabei
oberste Prämisse der Restauratoren. Sie ste-
hen allerdings oft vor dem Problem, dass
sie viele mechanische und nass chemische
Reinigungsverfahren nur begrenzt einsetzen
können, da diese die Materialien aufgrund
ihres Wirkprinzips negativ beeinträchtigen
oder sogar beschädigen.
Eine Alternative hierzu bietet der Einsatz
von flüssigem Kohlendioxid. Die Vorteile
des Reinigungsverfahrens liegen auf der
Hand: Die Materialbehandlung mit CO2 ist
rückstandsfrei, trocken und bei 15 bis 20 °C
nahezu temperaturneutral und damit sehr
materialschonend. Zusammen mit der Firma
AMSONIC-HAMO betreibt das Fraunhofer
IPK im Versuchsfeld des Produktionstech-
nischen Zentrums Berlin einen Prototypen,
die Amsonic-ELCO2-Reinigungsanlage.
Hier wird das CO2 bei Drücken von etwa 56
bar verflüssigt. Das verflüssigte CO2 verfügt
über einen unpolaren Lösemittelcharakter,
wobei die Reinigung im Rahmen der Pro-
zessführung wahlweise auch unter einem
hohen Maß an Fluidmechanik zur Unter-
stützung der Reinigungsleistung erfolgen
kann.
Das Ziel der Wissenschaftler ist es, die
Technologie für den Kunst- und Kulturgü-
tererhalt zu qualifizieren und zur Praxisreife
zu führen. Um zu testen, inwieweit das Ver-
fahren den Anforderungen der adressierten
Branche genügt, wurde die Einsatzfähigkeit
der ELCO2-Anlage unter anderem bei der
Beseitigung von Bioziden aus Holz und der
Reinigung historischer Textilien aus Wolle
untersucht.
► Behandlung historischer Textilen
Unter der restauratorischen Leitung der ART
DETOX GmbH Berlin wurden Untersuchungen
zur Feststellung der Einsatzfähigkeit von flüs-
sigem Kohlendioxid zur Reinigung und Auf-
bereitung historischer Textilien durchgeführt.
Die Qualität des Reinigungsergebnisses und
die Bewahrung der Originalität der Fasern und
Farben standen dabei prinzipiell im Vorder-
grund. Hier hat sich die Reinigung von textilen
Probekörpern und historischen Originalen mit
flüssigem CO2 bewährt: Leichte Verunreini-
gungen wurden erfolgreich entfernt, wobei
die Farb- und Materialeigenschaften erhal-
ten werden konnten. Für das Probenmaterial
konnte außerdem eine deutliche Aufhellung
des Fasermaterials erzielt werden.
Das Fazit der Untersuchungen klingt vielver-
sprechend: Mit Hilfe der CO2-Reinigungsan-
lage können selbst einzelne Fasern schonend
gereinigt werden, ohne die Originalfarben zu
beeinträchtigen. Auch der natürliche Woll-
fettgehalt wird durch die CO2-Behandlung
nur geringfügig reduziert.
Historische Textilien sollen so restauriert werden, dass Fasern und Farben im Original erhalten bleiben.
FUTUR 2/2013 23
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing. (FH) Johannes Mankiewicz
Telefon: +49 30 39006-154
E-Mail: johannes.mankiewicz@ipk.fraunhofer.de
Ko-Autorinnen: Sabrina Zoppke, Anke G. Weidner
Das ist insbesondere unter restauratorischen
Gesichtspunkten von großer Bedeutung. In
einem Folgeprojekt wird aktuell das Poten-
zial der Technologie zur Inaktivierung und
Eindämmung von Schimmelbefall auf texti-
len Objekten untersucht. In Kooperation mit
der Bundesanstalt für Materialforschung und
-prüfung (BAM) und Art Detox werden dafür
Probematerialien und Originale vor und nach
der Reinigung mikrobiologisch bewertet.
► Dekontamination von Holzobjekten
In Dekontaminationsreihen im Auftrag sowie
unter der restauratorischen Betreuung des
Museum Waldenburg wurden u. a. Objekte
aus einer historischen Holzsammlung aus
Partner
Amsonic-Hamo: Das Unternehmen ent-
wickelt und produziert industrielle, medi-
zinal-technische sowie pharmazeutische
Reinigungsanlagen. Neben verschiedenen
wasser- und lösemittelbasierten Systemen
zur Ultraschall-, Tauch- und Spritzreinigung
betreibt Amsonic-Hamo auch Sonderanla-
genbau im Bereich der CO2-basierten Löse-
mittelreinigung und der Oberflächenbe-
handlungstechnologien wie der Passivation,
Anodisation sowie der Plasmareinigung.
Ihr Ansprechpartner:
Hansruedi Moser
E-Mail: hansruedi.moser@amsonic.com
Blick in die Reinigungskammer der Amsonic-ELCO2-Anlage
dem 18. Jahrhundert gereinigt. Diese
Sammlung gehört zu den ältesten noch
erhaltenen Xylotheken in Deutschland und
umfasst 810 verschiedene Holzartentäfel-
chen. Die Objekte wurden zum Schutz vor
Schadinsekten in den 1960/70er Jahren
mit organischen Bioziden behandelt. Mit
den Objekten, die kristalline Biozid-Aus-
blühungen auf den Oberflächen aufweisen,
wurde nun erstmals eine komplette museale
Sammlung auf Grundlage der ELCO2-Pro-
zessführung am Fraunhofer IPK behandelt.
Die Wirksamkeit und Einsatzfähigkeit des
Verfahrens für diesen Zweck war bereits
in umfangreichen Vorversuchen nachge-
wiesen worden.
Holzsammlung des Museum Waldenburg
Die Reinigung mit flüssigem Kohlendioxid
erwies sich dabei für die Materialkombi-
nationen der Täfelchen aus verschiedenen
Holzarten und Papieretiketten als äußerst
schonend und effektiv. Die fest veranker-
ten DDT-Kristalle konnten komplett von der
Holz- und Papieroberfläche entfernt werden.
Selbst schwer zugängliche Bereiche wie Fraß-
gänge, Risse und Spalten wurden mit der
CO2-Reinigung erfasst. In tiefer liegenden
Holzschichten konnte sogar eine Teilabrei-
cherung der Biozide DDT und Lindan erzielt
werden. Die erfolgreiche Dekontamination
mit flüssigem Kohlendioxid soll nun auch
für die Behandlung von Holzobjekten mit
größeren Querschnitten erprobt werden.
Art Detox: Das junge Unternehmen bietet
Serviceleistungen rund um kontaminiertes
Kulturgut an – von der Gefahrstoffanalyse
über den Arbeitsschutz bis hin zur Dekon-
tamination. Im Mittelpunkt steht die scho-
nende und umweltfreundliche Reinigung
organischer Kulturgüter, die meist mit Biozi-
den und Pestiziden belastet sind. Art Detox
berät seine Kunden dabei im Hinblick auf
Gesundheitsgefährdung, Arbeitsschutz,
Handlungskonzepte, Entgiftung und Depot-
konditionen. Staub- und Materialuntersu-
chungen, Schadstoffmessungen, Nachweise
von Abbauprodukten und Quellenstudium
ergänzen das Unternehmensportfolio.
Ihre Ansprechpartnerin:
Anke G. Weidner
E-Mail: agw@art-detox.de
24
Theorie und Praxis miteinander verschmelzen
Wie in einem Schmelztiegel fließen in der Gießerei-Industrie Wissenschaft, Tech-
nologie und Erfahrung aus unterschiedlichen Bereichen zusammen. Die MAGMA
Gießereitechnologie Gesellschaft für Gießerei-, Simulations- und Regeltechnik
GmbH in Aachen versteht sich als ein zentrales Verbindungsglied zwischen diesen
Welten. Welche Herausforderungen daraus erwachsen, wird Dr. Erwin Flender,
Geschäftsführender Gesellschafter von MAGMA, auf dem XIV. Internationalen
Produktionstechnischen Kolloquium (PTK) vom 25. bis 26. September 2013 in
Berlin erläutern. Wir sprachen mit ihm schon einmal vorab darüber, wie ein
effizientes Zusammenspiel von Wissen, Werkzeugen und Wertschöpfung in der
Gießereitechnik gelingen kann.
Interview
FUTUR: Herr Dr. Flender, nehmen wir an, wir
treffen uns in einem Fahrstuhl. Wie würden
Sie Ihr Unternehmen in drei Sätzen vorstellen?
Flender: MAGMA entwickelt und vermark-
tet Prozess-Simulationssoftware für metal-
lische Werkstoffe und Kunststoffe, die mit
verschiedenen Gießverfahren zu Produkten
verarbeitet werden. Mit den Programmen
kann man die Konstruktion der Bauteile
überprüfen und verbessern, den Herstel-
lungsprozess und das gießtechnische Layout
optimieren sowie eine gezielte Fehlerver-
meidungsstrategie verfolgen. Das alles kann
man virtuell am Computer durchführen und
muss nicht erst ein Werkzeug für die Proto-
typenherstellung erstellen, um einen realen
Abguss durchzuführen. Diese Optimierung
am Bildschirm spart Zeit und Kosten ent-
lang der gesamten Prozesskette und unter-
stützt so die Ausschöpfung der Potenziale
von gegossenen Bauteilen und Prozessen.
FUTUR: Als Plenarredner auf dem PTK 2013
haben Sie etwas mehr Zeit als für den »eleva-
tor pitch«. Welche Rolle spielt die Verbindung
von Wissen, Werkzeugen und Wertschöp-
fung in der Gießereitechnik?
Flender: Bei einem mehr als 5000 Jahre
alten Verfahren wie dem Gießen existie-
ren ein umfangreiches Wissen und nütz-
liche Erfahrungen. Sie bilden die Basis für
eine mögliche Wertschöpfung. Werkzeuge
kann man ganz allgemein als Ressourcen zur
Umsetzung dieses Know-hows in Erträge
ansehen. Ein tiefes und umfassendes Wis-
sen und gute Werkzeuge ermöglichen dabei
höhere Wertschöpfungen. Die genannten
drei Faktoren hängen natürlich kreislauf-
artig zusammen; eins nährt das andere.
Von zunehmender Bedeutung in der Gie-
ßereitechnik sind zudem eine gut entwi-
ckelte Infrastruktur, eine leistungsfähige
Zuliefererkette und Logistikleistungen, die
sich dann auch geschäftlich positiv für die
Unternehmen auswirken.
FUTUR: Sie haben 1988 mit der Gründung
von MAGMA erstmals eine Simulationssoft-
ware auf den Markt gebracht. Wie wichtig ist
heute Software für eine effiziente Fertigung?
Flender: Eine effiziente Fertigung bedingt
immer auch eine wirtschaftliche Fertigung.
Beim Gießen wurden Verbesserungen jahr-
hundertelang immer nur durch eine ausge-
prägte Trial-and-Error-Charakteristik und die
dabei gewonnenen Erfahrungen erreicht. Die
Innovation der Gießereiprozess-Simulation
hat die methodische Arbeitsweise in der
Gießereibranche nachhaltig verändert und
Kosteneinsparungen in signifikanter Höhe
ermöglicht. Aus diesem Grund bestehen
Gussabnehmer heute in der Regel darauf,
dass der Gießer simuliert.
FUTUR: Sie unterhalten neben dem Firmen-
hauptsitz in Aachen Tochtergesellschaften in
Nord- und Südamerika sowie Asien. Funktio-
niert Wertschöpfung heute nur noch global?
Flender: Prozess-Simulationsprogramme
kann man einfacher exportieren als Hard-
ware, z. B. Maschinen und Anlagen. Sie
erfordern aber in jedem Fall eine lokale
Vertriebs-, Support- und Schulungs-Infra-
struktur – verbunden mit umfassendem,
insbesondere technischem Know-how. Für
die Akzeptanz und den Erfolg beim Kun-
den ist zudem der Aufbau von Vertrauen
in diese Technologie und die Verlässlichkeit
in den Partner notwendig – das erfordert
auch Zeit. Generell würde ich sagen, dass
gerade kleine und mittelständische Unter-
nehmen auch bei der Beschränkung auf
ihren Heimatmarkt erfolgreich sein können.
Globale Wertschöpfung ist wesentlich vom
Produkt abhängig, das man anbietet. Bei
einer stark standardisierten Software wird
ein fertig erstelltes Produkt mit überschau-
baren und planbaren Vertriebskosten ver-
marktet und das ist grundsätzlich einfacher
als bei Hardware.
FUTUR: Seit Ende letzten Jahres sind Sie Prä-
sident des Bundesverbandes der Deutschen
Gießerei-Industrie (BDG). Warum engagie-
ren Sie sich ehrenamtlich – auch in vielen
anderen Organisationen und Verbänden?
Kontakt
Dr.-Ing. Erwin Flender
Telefon: +49 241 88 901-0
E-Mail: E.Flender@magmasoft.de
Gesellschafter und Geschäftsführer zum
weltweiten Marktführer für Gießereipro-
zesssimulation entwickelte. Dr. Erwin Flender
ist Mitglied im Technischen Vorstand des
Bundesverbandes der Deutschen Gießerei-
Industrie (BDG). Seit Oktober 2012 ist er Prä-
sident des BDG und Mitglied des Präsidiums
des Bundesverbandes der Deutschen Indus-
trie (BDI). Er ist außerdem Vizepräsident des
Vereins Deutscher Gießereifachleute (VDG),
seit 2008 Vorsitzender der Forschungsverei-
nigung Gießereitechnik (FVG) und seit Mai
2002 Vorsitzender des Forschungsbeirates
von VDG und FVG. Seit 2011 ist er Mitglied
im Präsidium und seit 2012 Vorsitzender des
Aufsichtsrates der AiF.
Zur Person
Dr. Erwin Flender, Jahrgang 1952, studierte
nach einer Dreherlehre und Qualifikation
über den zweiten Bildungsweg zunächst
Produktions- und Maschinentechnik an
der Fachhochschule Hagen und anschlie-
ßend Gießereikunde an der RWTH Aachen.
Danach war er als wissenschaftlicher Mit-
arbeiter am Gießerei-Institut der RWTH
Aachen und später als Projektingenieur bei
der Stahlwerke Bochum AG tätig. Von 1984
bis 1985 leitete er hier die Fertigung in der
Sparte Stahlformguss. Nach seiner Promo-
tion zum Dr.-Ing. an der RWTH Aachen 1985
übernahm er von 1985 bis 1987 die Leitung
des Produktbereiches Filtration und Nicht-
eisenmetallurgie der Foseco GmbH, Bor-
ken. 1988 gründete er die MAGMA Gie-
ßereitechnologie GmbH, Aachen, die er als
FUTUR 2/2013 25
Flender: Zunächst einmal möchte ich sagen,
dass ich das ehrenamtliche Engagement
immer freiwillig und gern gemacht habe.
Gelegentlich wird man auch mal gebeten,
eine Aufgabe zu übernehmen. Wenn ich
das annehme, engagiere ich mich auch und
mache diese Aufgabe so gut wie möglich
und lasse mich auch in die Pflicht neh-
men. Es hat mir auch immer schon Freude
gemacht, in unterschiedlichen Netzwerken
mit interessanten Menschen zu kommunizie-
ren. Dabei habe ich auch Erkenntnisse und
Erfahrungen aus anderen Industrien und
Organisationen gesammelt, die sehr nützlich
für mich waren. Ich habe gerade beruflich
bisher auch viel Glück gehabt und möchte
nun auch gern meine Hilfe – wo gewünscht
und möglich – zur Verfügung stellen. Beson-
ders schön sind die Aufgaben, bei denen ich
in der Zusammenarbeit mit jungen Men-
schen nützlich sein kann.
»Als Unternehmer bin ich davon überzeugt, dass Innovationsfähigkeit der Schlüssel zu Wettbewerbs- fähigkeit und Wachstum ist. Für den Mittelstand ist Kooperation dabei ein zentrales Element. Nur im Schulterschluss zwischen Wirtschaft und Wis-senschaft, zwischen großen und kleinen Unterneh-men sowie gemeinsam mit Politik und Ministerien kann dies gelingen.«
26 Partnerunternehmen
Zum Produkt- und Leistungsangebot
gehören neben der Simulations-Software
MAGMASOFT® bzw. MAGMA5 auch Engi-
neering-Dienstleistungen zur Gussteilaus-
legung und -optimierung. MAGMA-Soft-
wareprodukte werden heute weltweit zur
Optimierung von Gussteilen für alle Anwen-
dungen speziell in der Automobilindustrie
und dem Maschinenbau eingesetzt. Welt-
weit sind für MAGMA 180 Mitarbeiter in
Entwicklung, Support, Vertrieb und Mar-
keting tätig, davon 90 in der Zentrale in
Aachen. 40 Entwickler und zahlreiche Gieße-
reiingenieure und Metallurgen bilden eines
der leistungsfähigsten »Kompetenzzentren
Guss« der Branche.
Kernprodukt des Unternehmens ist MAGMA5,
ein Simulationswerkzeug für die wirtschaft-
liche und qualitätsgerechte Fertigung von
Gussteilen für alle Werkstoffe und Gieß-
verfahren. MAGMA5 steht für die Vorher-
sage der gesamten Gussteilqualität durch
eine fundierte Berechnung der Formfüllung,
Erstarrung und Abkühlung und optional der
mechanischen Eigenschaften, sowie von
thermischen Spannungen und des Verzugs
von Gussteilen. MAGMA5 leistet nachweis-
bare, substanzielle Beiträge zur Kostensen-
kung entlang der kompletten Prozesskette
eines Gussteils. Von der Konzeption über
die Bauteilauslegung, Modellauslegung und
Prototypen bis hin zur Prozessoptimierung,
robuster Fertigung und der Qualitätssiche-
rung werden Vorteile realisiert. Gussteil-
qualität setzt sich aus unterschiedlichsten
Anforderungen an das Bauteil zusammen.
Sie wird durch eine ganze Anzahl von
verschiedenen Verfahrensschritten bestimmt.
MAGMA5 unterstützt den Anwender bei
der Auslegung des Bauteils, der Gießtech-
nik und der Festlegung der Schmelzpraxis,
beim Modellbau und der Formherstellung,
bis hin zur Wärmebehandlung und Nach-
arbeit. Das Werkzeug ist einsetzbar für alle
Gusswerkstoffe von Grauguss, Sphäroguss
und Aluminiumsand- und Druckguss bis hin
zu Großgussteilen aus Stahl. Darüber hinaus
unterstützt MAGMA5 alle Gießverfahren, um
z. B. Werkzeuglayout, Zykluszeiten und Guss-
teilqualität zu sichern, noch bevor die Form
gebaut wird.
Gegründet 1988 hat die MAGMA Gie-
ßereitechnologie GmbH ihren Hauptsitz
in Aachen. Globale Präsenz und Support
werden durch Tochtergesellschaften in
den USA, Singapur, Brasilien, Korea, Tür-
kei, China und Betriebsstätten in Indien
und Tschechien sichergestellt. Darüber hin-
aus unterstützen 30 qualifizierte Partner
MAGMAs weltweite Präsenz. Unter dem
Motto »Voneinander lernen« bietet das Unter-
nehmen seit April 2013 mit der MAGMAaca-
demy ein Weiterbildungsangebot rund um die
Gießprozess-Simulation an. In neu konzipierten
Seminaren lernen Mitarbeiter und Verantwort-
liche, wie sie mit der Gießprozess-Simulation
in ihren Unternehmen Entwicklungsprozesse
optimieren, Fertigungskosten senken und die
Ressourceneffizienz erhöhen. Die Schulungs-
und Weiterbildungsveranstaltungen finden im
neu eröffneten Schulungszentrum der MAG-
MAacademy in Aachen statt.
MAGMA ist ein weltweit führender Entwickler und Anbieter von Software für die
Gießprozess-Simulation. Der Name MAGMA steht für robuste, innovative Lösungen
in Guss und verlässliche Partnerschaften mit der Gießerei- und gussverbrau-
chenden Industrie. MAGMA-Produkte verbinden die Komplexität des Verfahrens
mit Benutzerfreundlichkeit und schaffen so wirtschaftliche Lösungen für unsere
Kunden. Partnerschaftlich unterstützen wir die Integration und effektive Nutzung
unserer Software in den Unternehmen und schaffen so klare Kostenvorteile.
MAGMA – Committed to Casting Excellence
Ihr Ansprechpartner
MAGMA Gießereitechnologie GmbH
Kackertstraße 11
52072 Aachen
www.magmasoft.de
Bildliche Verknüpfung von Simulation und Realität am Beispiel eines Zylinderkopfes
Maschinensteckbrief
Ihr Ansprechpartner
Dr.-Ing. Edgar Fries
Telefon: +49 30 39006-296
E-Mail: edgar.fries@ipk.fraunhofer.de
FUTUR 2/2013 27
Hermle C50 U 5-Achs-Fräsmaschine
Mit Hilfe der 5-Achsmaschine erforschen
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
am Fraunhofer IPK vor allem die Zerspanung
von Nickelbasiswerkstoffen. Diese schwer
zerspanbaren Legierungen werden unter
anderem für Fertigungsprozesse in der Ener-
giebranche verwendet.
Da die C50 U mit Industriemaschinen, bei-
spielsweise in der Gasturbinenherstellung,
vergleichbar ist, können auf Grundlage der
mit ihr erzielten Forschungsergebnisse neue
Prozesse für die industrielle Fertigung ent-
wickelt werden. Die Fräsmaschine meistert
auch große Werkstückdimensionen: Bis zu
einen Meter im Durchmesser und 81 Zen-
timeter in der Höhe können die gefrästen
Teile bei einem maximalen Gesamtgewicht
Die Hermle C50 U im Versuchsfeld des PTZ
von 2 Tonnen erreichen. Dabei überzeugt
die Maschine nicht nur durch Größe, son-
dern auch durch Geschwindigkeit. Mit einer
schnellen Spindel mit bis zu 18 000 Umdre-
hungen in der Minute sowie kurzen Positi-
onier- und Anfahrtszeiten kann die HSC/
HPC-Zerspanung, also die Zerspanung mit
hoher Geschwindigkeit und Leistung, auch
bei schwierigen Werkstoffen gewährleistet
werden. Die maximale Tischzuladung liegt
bei 2500 Kilogramm.
Ein echtes Schwergewicht und dabei trotzdem blitzschnell: Die Fräsmaschine
C50 U der Firma Hermle hat seit Anfang des Jahres ihren festen Platz im Versuchs-
feld des Produktionstechnischen Zentrums Berlin.
Arbeitsbereich
Verfahrweg Y-Achse 1000
Verfahrweg X-Achse 1100
Verfahrweg Z-Achse 750
Beschleunigung linear X-Y-Z
6m/s²
Hauptspindelantrieb
Drehzahl 18.000 U/min
Leistung 39 kW
Drehmoment 240 Nm
Kennzahlen zu Arbeitsbereich und Hauptspindelan-trieb der Hermle C50 U (Quelle: www.hermle.de)
High Performance Cutting von Nickelbasiswerkstoffen
Ereignisse und Termine28 Ereignisse und Termine
Das Fahrrad wird als großstädtisches Fortbewegungsmittel immer
wichtiger. Als kostengünstige, platzsparende, gesunde und auch
umweltfreundliche Ergänzung und Alternative zum Kraftfahrzeug
sollte das Fahrrad eine noch größere Rolle in der nachhaltigen urba-
nen Mobilität einnehmen. Dafür muss eine lokale Infrastruktur bereit-
gestellt werden, die eine Vermietung, Wartung und Wiederverwer-
tung der Fahrräder umfasst. Diese ist momentan in diesem Umfang
noch nicht vorhanden. Die bestehenden Fahrradwerkstätten sind
häufig überlastet und nicht jeder besitzt die Werkzeuge und Fer-
tigkeiten, das eigene Fahrrad zu reparieren. So genannte »Selbsthil-
fewerkstätten« können zur Lösung dieses Problems beitragen. Sie
unterstützen technikunerfahrene Menschen bei der Reparatur ihres
Fahrrads, indem sie das nötige Fachwissen und die richtigen Werk-
zeuge bereitstellen und zur Eigeninitiative motivieren. So stellen sie
sicher, dass Radfahrer das Fortbewegungsmittel ihrer Wahl schnell
reparieren und wieder aufsatteln können, anstatt sich ein neues
Fahrrad zu kaufen oder auf umweltschädigende Möglichkeiten wie
das Auto zurückzugreifen. Damit leisten solche Werkstätten auch
einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit.
Der Sonderforschungsbereich (SFB) »Sustainable Manufacturing – Sha-
ping Global Value Creation« veranstaltete deshalb einen Workshop
Hands on your bicycle!
Internationaler Workshop »Selbsthilfefahrradwerkstätten« am PTZ
Ihr Ansprechpartner
Dr. Jérémy Bonvoisin
Telefon: +49 314-25549
bonvoisin@mf.tu-berlin.de
zum Thema »Selbsthilfefahrradwerkstätten«. 16 Teilnehmer fanden
sich am 23. Mai im Produktionstechnischen Zentrum Berlin ein, da-
runter Fahrraddesigner und -hersteller, Wissenschaftler sowie Reprä-
sentanten von Selbsthilfewerkstätten und Fahrrad-Netzwerken aus
Deutschland, Frankreich und Spanien. Im Rahmen des Workshops
analysierten die Teilnehmer das Geschäftsmodell der Selbsthilfe-
werkstätten, um herauszufinden, welche Rolle die Werkstätten in
der lokalen Wertschöpfung spielen und mit welchen Mitteln sie
ihre Arbeit zukünftig noch effizienter gestalten können. Die Teil-
nehmer einigten sich auf die Entwicklung einer Open-Knowledge-
Plattform, um das gemeinsame Wissen über die Fahrradherstellung
und -reparatur der Allgemeinheit zugänglich zu machen. Mithilfe
einer solchen Plattform könnte es jedem ermöglicht werden, sein
Fahrrad selbst instand zu setzen oder sogar eigene Fahrräder zusam-
menzubauen. Auch im Bereich der pädagogischen Vermittlung
von Wissen wurde eine weitere Zusammenarbeit vereinbart. Mit-
hilfe sogenannter »Learnstruments«, selbsterklärender Werkzeuge,
sollen die Arbeiten am Fahrrad für technikunerfahrene Menschen
leichter zu erlernen sein. Zu guter Letzt brachte der Workshop eine
Gemeinschaft aus Selbsthilfefahrradwerkstätten zusammen, welche
nun gemeinsam helfen wollen, die Zukunft der urbanen Mobilität
nachhaltiger zu gestalten.
Vor allem im großstädtischen Verkehr ist das Fahrrad eine platzsparende und umweltfreundliche Alternative zum KFZ.
FUTUR 2/2013 29
Robots in the Machining World
Flexibel und zuverlässig fertigen
Der 5. April 2013 war am Fraunhofer IPK ganz der »flexiblen Ferti-
gung mit Hilfe von Industrierobotern« gewidmet. So lautet der Titel
eines Workshops, der im Rahmen des EU-Förderprojekts HEPHESTOS
am Institut durchgeführt wurde. Der Workshop brachte Vertreter
führender Roboterhersteller, Industrieunternehmen, KMU und For-
schungsinitiativen zur robotischen Fertigung zusammen, die hier
neuste Entwicklungen auf ihrem Gebiet präsentierten.Eine abschlie-
ßende Paneldiskussion offenbarte Anregungen und Anforderungen
seitens der Industrie an die zukünftige Forschung. Die englischspra-
chige Veranstaltung förderte die Vernetzung der Beteiligten an
HEPHESTOS, das vom Fraunhofer IPK koordiniert wird. Im Anschluss
an den Workshop fand im AMP die Vernissage der von Comau, A²
und Easy Rob gesponsorten Ausstellung »Science encounters Art«
statt (siehe Artikel unten). So konnte das fachkundige Publikum
sich erst zu neuen Robotikentwicklungen im wissenschaftlichen
und industriellen Bereich informieren und anschließend die kreative
Seite der Technik kennenlernen.
Ihr Ansprechpartner
Dr. Jérémy Bonvoisin
Telefon: +49 314-25549
bonvoisin@mf.tu-berlin.de
Ihr Ansprechpartner
Dr. Dragoljub Surdilovic
Telefon: +49 30 39006-172
dragoljub.surdilovic@ipk.fraunhofer.de
»Science encounters Art«
Ausstellung vereint Kunst und Robotik
»Wo hört Kunst auf und wo beginnt Wissenschaft?« Diese Frage
gab den Anstoß zu dem Projekt »Science encounters Art«, einer
Koproduktion des Künstlers Ajit Kai Dräger mit dem Fraunhofer IPK.
Vom 5. April bis zum 8. Mai konnten die Ergebnisse der Zusammen-
arbeit in Form von Skulpturen im Foyer des AMP besichtigt werden.
Die Kunstwerke verkörpern Drägers Sicht auf die gemeinsame For-
schung mit Dr. Dragoljub Surdilovic vom IPK der letzten anderthalb
Jahre. Ganz im Sinne des Ausstellungstitels ist das einzigartige Kern-
stück »Transformation einer Wolke«, rechts oben im Bild, teils mit
Hilfe von Robotertechnik, teils von Künstlerhand entstanden. »Die
Robotik ist eine faszinierende Welt, die dem Künstler hilft, Formen
aus einem Steinblock zu befreien und ihm damit schwere körper-
liche Arbeit abnimmt. Unser Forschungsziel ist es, der Bildhauerei
in Europa die Möglichkeiten der Robotik zu eröffnen und so die
Welt steinerner Bildnisse zu bereichern«, so Surdilovic.
Weitere Informationen finden Sie hier: www.hephestosproject.eu
30 Ereignisse und Termine
Brasilien zu Gast in Berlin
Fraunhofer IPK unterstützt Ausbau der brasilianischen Forschungslandschaft
Das Fraunhofer IPK begrüßte am 25. und 26. April eine Delegation
des brasilianischen Nationalen Dienstes für industrielle Ausbildung
(SENAI) in Berlin. Bereits seit Juni 2012 arbeitet das Fraunhofer IPK
mit SENAI zusammen. Durch diese Kooperation sollen demnächst
23 Forschungseinrichtungen in Brasilien entstehen. Die Experten
von Fraunhofer IPK und SENAI haben im letzten Jahr für die erste
Projektphase Businesspläne für acht der sogenannten Innovations-
institute aufgestellt. Dabei orientierten sie sich an globalen Best
Practice-Beispielen im Bereich angewandter Forschung. Bei dem
Besuch im April konnten sich nun 16 regionale und nationale SENAI-
Vertreter ein genaueres Bild von diesen Plänen machen, sie disku-
tieren und eigene Vorschläge für die Gestaltung der brasilianischen
Forschungslandschaft einbringen. Aktuell entwickeln Fraunhofer
IPK und SENAI Businesspläne für elf weitere Innovationsinstitute.
Daneben sollen in dieser zweiten Phase des Projekts ein Konzept für
die zentrale Verwaltung der SENAI-Institute auf nationaler Ebene
und ein Evaluationssystem geplant werden.
Ihr Ansprechpartner
Dr. Holger Kohl
Telefon: +49 30 39006-168
holger.kohl@ipk.fraunhofer.de
Beim 20. Innovationstag des Bundeswirtschaftsministeriums am
16. Mai stellten das Fraunhofer IPK und die Firma Gross Wassertechnik
ihr Kooperationsprojekt »Entwicklung einer Deionisiereinheit« vor.
In Anwesenheit von Vertretern aus Politik, Wissenschaft und Wirt-
schaft demonstrierten Tassilo-Maria Schimmelpfennig (IPK), Bernward
Groß (Gross Wassertechnik) und der Bundestagsabgeordnete Prof.
Erich Schweickert die Funktionsweise des Gerätes. Die mobile Deio-
nisiereinheit GW-RD5 bringt es zu Hochleistungen bei der Wasser-
entsalzung. Das aufbereitete Wasser weist mit unter 1 µS/cm eine
extrem geringe Leitfähigkeit auf. Es wird unter anderem für das
Funkenerodieren verwendet, bei dem zur Wärmeableitung und zum
Entfernen von Abtragpartikeln ständig Öl oder deionisiertes Wasser
zu- und abgeführt wird. Da die Spülung mit H2O hierbei die ressour-
censchonendere Variante darstellt, trägt die Erfindung auch zum
Umweltschutz bei. »Unser Ziel war es, die Funkenerosion sauberer
und präziser zu gestalten«, so Schimmelpfennig. In Anlehnung an
sein Aussehen und seine Leistungsfähigkeit wird GW-RD5 übrigens
von seinen Erfindern liebevoll »Blauer Blitz« genannt.
»Blauer Blitz« für grüne Fertigung
IPK-Technologie beim Innovationstag des Wirtschaftsministeriums
Ihr Ansprechpartner
Tassilo-Maria Schimmelpfennig
Telefon: +49 30 39006-416
tassilo-maria.schimmelpfennig@ipk.fraunhofer.de
Groß, Schimmelpfennig, MdB Prof. Schweickert (v.l.n.r.) und der »Blaue Blitz«
Dr. Kohl begrüßte die SENAI-Delegierten am IPK.
FUTUR 2/2013 31
Was muss sich in Gesellschaft, Wirtschaft und Politik ändern, damit
mehr Frauen in Spitzenpositionen gelangen? Um Antworten auf
diese Frage zu diskutieren, hatte Bundeskanzlerin Angela Merkel
am 7. Mai 2013 zur Konferenz »Frauen in Führungspositionen«
im Bundeskanzleramt geladen. 75 weibliche Führungskräfte aus
Unternehmen, Wissenschaft, Medien, Verwaltung und Kulturbe-
trieben sowie 30 Nachwuchswissenschaftlerinnen, überwiegend
aus den MINT-Fächern, waren gekommen. Zu den Gästen gehörte
auch Wissenschaftlerin Kamilla König-Urban vom Fraunhofer IPK.
Nach einer Begrüßung durch die Bundeskanzlerin standen individu-
elle und strukturelle Bedingungen beruflichen Erfolgs von Frauen
im Zentrum der Gespräche. In den drei Themenblöcken persönliche
Erfahrungen, Empfehlungen für künftiges Handeln und Netzwerke
entwickelte sich ein offener und zu Weilen auch humorvoller
Erfahrungsaustausch.
Für Kamilla König-Urban, wissenschaftliche Mitarbeiterin im
Geschäftsfeld Produktionssysteme am Fraunhofer IPK, hat sich nie
die Frage gestellt, ob sie Maschinenbauerin wird oder nicht. Die
gebürtige Polin ist familiär vorgeprägt: Sowohl Mutter als auch
Frauen in Führungspositionen
Doktorandin von Fraunhofer IPK zu Gast bei Angela Merkel
Ihre Ansprechpartnerin
Kamilla König-Urban
Telefon: +49 30 39006-148
kamilla.koenig-urban@ipk.fraunhofer.de
Vater sind Ingenieure. »In Deutschland sind weibliche Ingenieure,
weibliche Techniker nicht sichtbar im täglichen Leben. Wir brau-
chen sichtbare Vorbilder.« forderte die Fraunhofer-Mitarbeiterin
deshalb im Kanzleramt.
Die Fraunhofer-Gesellschaft fördert seit Jahren besonders auch
den weiblichen Forschernachwuchs, u. a. mit einem Doktorandin-
nenprogramm. Dafür wählt sie jedes Jahr zwölf Frauen aus, deren
Promotion sie finanziell unterstützt. König-Urban ist seit 2009 eine
von ihnen. »Auch das Mentoring-Angebot und die Fortbildungs-
maßnahmen, die uns im Rahmen des Doktorandinnen-Programms
zur Verfügung stehen, kommen mir wirklich zugute,« freut sich die
Ingenieurin. Nach ihrer Promotion möchte Kamilla König-Urban in
die Turbinenbranche wechseln. Dass sie dabei eine Führungsposi-
tion mit personeller und finanzieller Verantwortung anstrebt, ist
für die junge Frau selbstverständlich.
Gruppenbild mit Kanzlerin, 3. von rechts Kamilla König-Urban vom Fraunhofer IPK
32 Ereignisse und Termine
»Defizite heute – Potenziale morgen«
Studie kollaborative Produktentwicklung und digitale Werkzeuge
Das Fraunhofer IPK, CONTACT Software und der Verein Deutscher
Ingenieure (VDI) haben gemeinsam eine umfassende Studie zur kol-
laborativen Produktentwicklung durchgeführt. An der Studie haben
mehr als 1.400 Produktentwickler, Projektleiter und Führungskräfte
aus den Bereichen FuE sowie IT und Prozesse teilgenommen.
Die Studie zeigt, wie Ingenieure ihre heutige berufliche Situation
wahrnehmen, was vorrangige Anforderungen und Problemstellun-
gen in der Zusammenarbeit mit anderen Abteilungen und Unterneh-
men sind und wo digitale Werkzeuge eine bessere Unterstützung
als bisher leisten müssen. Die Ergebnisse sind in vier Themenfeldern
aufgearbeitet: Arbeitssituation, Kollaborationsprozesse, Werk-
zeugeinsatz und Zukunftsideen. Die Auswertung in Bezug auf die
IT-Unterstützung erfolgt in den Bereichen Informationslogistik, Pro-
zessmanagement, Produktdaten- und Product-Lifecycle-Manage-
ment (PDM/PLM) sowie Nutzung neuer Medien in der Produktent-
wicklung. Weitere Informationen sowie Bestellmöglichkeiten unter
www.ipk.fraunhofer.de.
VDI ZRE Publikationen: Studien
Analyse von Potenzialen der Material- und Energieeffizienz in ausgewählten Branchen der Metall verarbeitenden Industrie
Juni 2013
Ihr Ansprechpartner
Dr.-Ing. Haygazun Hayka
Telefon: +49 30 39006-221
haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de
Studie: »Wo sparen?«
Analyse von Potenzialen der Material- und Energieeffizienz
Angesichts der Verfünffachung von Preisen einiger Metalle und der
Verdreifachung von Energiepreisen in den letzten Jahren stellt die
Erhöhung der Ressourcenproduktivität in der metallverarbeitenden
Industrie einen entscheidenden Wettbewerbsfaktor dar. Ziel der
Untersuchung ist es, Potenziale der Material- und Energieeffizienz
für ausgewählte Branchen der metallverarbeitenden Industrie abzu-
schätzen. Finanziert wurde die Studie aus Mitteln der Nationalen
Klimaschutzinitiative des Bundesumweltministeriums.
Im Ergebnis der Hochrechnung über die drei betrachte-
ten Branchen konnten im Bereich Material Einsparpotenzi-
ale von zwei bis sechs Prozent pro Jahr ausgewiesen werden.
Dies entspricht einem Geldwert von 763 bis 2.364 Millionen
Euro im Jahr 2012. Im Bereich Energie wurden Einsparpotenzi-
ale über alle Branchen in Höhe von fünf bis 14 Prozent ermit-
telt, was eine Ersparnis von 96 bis 280 Millionen Euro ausmacht.
Für weitere Informationen können Sie sich außerdem an
bernhardt@vdi.de vom VDI Zentrum Ressourceneffizienz wenden.
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Soner Emec
Telefon: +49 30 34122852
emec@mf.tu-berlin.de
FUTUR 2/2013 33
Vor dem Hintergrund des wachsenden Kostendrucks in der Pro-
duktion und eines zunehmenden Anteils erneuerbarer Energien an
der Gesamtenergieversorgung erlangen Effizienz und Flexibilität im
Energieeinsatz zunehmend Bedeutung für produzierende Unter-
nehmen. Energiemanagementsysteme gelten seitens des Gesetzge-
bers als geeignetes Instrument, um vorhandene Einsparpotenziale
zu erkennen und zu heben. Das Fraunhofer IPK hat deshalb über
84.000 Geschäftsführer produzierender Unternehmen Deutsch-
lands gebeten an einer Studie teilzunehmen.
Die Studie »Betriebliches Energiemanagement in produzierenden
Unternehmen Deutschlands 2013« gewährt Einblicke in die Art
und Weise, wie Energiemanagementsysteme aktuell angewendet
»Betriebliches Energiemangement 2013«
Studie zum nachhaltigen Einsatz von Energie und Ressourcen
F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R P R O D U K T I O N S A N L A G E N U N D K O N S T R U K T I O N S T E C H N I K I P K
STUDIE »BETRIEBLICHES ENERGIEMANAGEMENT
IN PRODUZIERENDEN UNTERNEHMEN DEUTSCHLANDS 2013«
R. JOCHEM, P. KARCHER, M. SIEMER
Ihr Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Markus Siemer
Telefon: +49 30 39006-248
markus.siemer@ipk.fraunhofer.de
werden und soll auf Handlungsfelder für Entscheidungsträger aus
Wirtschaft und Politik hinweisen. Eine Zusammenfassung der Stu-
die sowie Bestellmöglichkeiten gibt es unter www.energiemanage-
ment.ipk.fraunhofer.de.
Vom 20. bis 23. November präsentiert sich das Geschäftsfeld Medi-
zintechnik des Fraunhofer IPK auf dem Gemeinschaftsstand der
Fraunhofer-Gesellschaft auf der MEDICA. Dabei demonstrieren wir,
mit welchen Kompetenzen auf dem Gebiet moderner medizinischer
Bildgebungs- und Visualisierungsverfahren wir helfen können, Ope-
rationen sicherer und effizienter zu gestalten.
Dreh- und Angelpunkt unserer Präsentation ist das Projekt ORBIT,
das bereits in den vergangenen Jahren auf der MEDICA zu sehen
war. Anders als in den Vorjahren dient uns ORBIT 2013 jedoch vor
allem als Aufhänger, um das breite Spektrum unseres Know-hows
im Bereich Technologien für die bildgestützte Chirurgie darzustellen.
Diese erstrecken sich von Robotik-Systemen und Kalibriermethoden
Medica 2013
Technologien für die bildgestützte Chirurgie
Ihre Ansprechpartnerin
Katharina Strohmeier
Telefon: +49 30 39006-140
katharina.strohmeier@ipk.fraunhofer.de
Großer Andrang beim ORBIT-Stand auf der MEDICA 2012
über die Rekonstruktion und Darstellung von 3D-Bilddaten bis hin
zu klinischen Navigationslösungen. Zudem führen wir klinische
Evaluierungen von Prototypen in enger Zusammenarbeit mit Medi-
zinern der Berliner Charité durch.
Die MEDICA ist die größte Fachmesse der Medizinbranche weltweit.
2012 sahen über 130 000 Fachbesucher aus Deutschland, Europa und
allen Teilen der Welt die Exponate von 4.554 Ausstellern aus 64 Natio-
nen. Besuchen Sie uns in Halle 10, Stand F05 – wir freuen uns auf Sie.
Ereignisse und Termine
Wissenschaft »on air«
IPK-Experten zu Gast bei »Treffpunkt Wissenswerte«
Gleich zwei Mal innerhalb gut eines Monats war das Fraunhofer
IPK in der Radiosendung »Treffpunkt Wissenswerte« vertreten. Am
5. Mai strahlte das Inforadio des rbb eine Sendung mit dem Thema
»Ich drucke mir ein Auto…« aus. In der Podiumsdiskussion erör-
terte Institutsleiter Prof. Eckart Uhlmann zusammen mit anderen
Experten die Möglichkeiten und Grenzen von Rapid Prototyping,
LaserCutting & Co. Im Gespräch spannten sie einen thematisch
weiten Bogen von der Fertigung medizinischer Implantate bis hin
zur Möglichkeit der 3D-Drucktechnik für zu Hause. Einen Monat
Drei schnelle IPKler: Nikolaus Wintrich, Pavlo Lypovka und Felix Ledwig (v.l.n.r.)
Prof. Eckart Uhlmann (2.v.r.) erläutert im rbb die Potenziale von Rapid Prototyping, Dr. Bertram Nickolay (2.v.r.) sprach über die virtuelle Rekonstruktion von zerrissenen, geschredderten und anderweitig beschädigten Dokumenten.
später, am 9. Juni, war Dr. Bertram Nickolay bei »Treffpunkt Wis-
senswerte« zu Gast. Unter dem Motto »Wenn der Dinosaurier zum
Leben erwacht« war der Leiter der Abteilung Sicherheitstechnik
am IPK als Experte für die virtuelle Rekonstruktion musealer Aus-
stellungsstücke eingeladen. Mithilfe der Fraunhofer-Technologie
werden u. a. beschädigte ägyptische Papyri wieder zusammenge-
setzt. Im Verlauf der Diskussion stellte Nickolay in Aussicht, dass in
Zukunft auch dreidimensionale Objekte wie Tontafeln mit einer ähn-
lichen Software analysiert und zusammengesetzt werden könnten.
34
Beim diesjährigen Berliner Firmenlauf konnte Fraunhofer wieder
punkten: Bereits zum dritten Mal in Folge errangen die »Fast Run-
nin‘ Scientists« den zweiten Platz in der Mannschaftswertung. Mit
Pavlo Lypovka, Felix Ledwig und Nikolaus Wintrich liefen gleich drei
Fraunhofer IPK-Mitarbeiter die etwa sechs Kilometer lange Strecke
in unter 53 Minuten. Damit kamen sie weniger als eine Minute nach
der Siegermannschaft ins Ziel. Insgesamt gingen bei dem Rennen
Ende Mai 180 Fraunhofer-Mitarbeiter unter dem Team-Namen »Fast
Runnin‘ Scientists« an den Start. Die sportlichen Wissenschaftler
bildeten damit die zweitgrößte Mannschaft beim 12. Berliner Fir-
menlauf. Mehr Läufer schickte nur die Freie Universität ins Rennen.
Neben dem Fraunhofer IPK waren die Berliner Institute IZM, HHI
und FOKUS sowie das Brandenburger IBMT Teil des Teams.
Schnell, schneller, Fraunhofer IPK
»Fast Runnin‘ Scientists« beim Berliner Firmenlauf auf dem Siegertreppchen
Ihre Ansprechpartnerin
Heike Krieger
Telefon: +49 30 39006-103
heike.krieger@ipk.fraunhofer.de
FUTUR 2/2013 35
TermineMehr Können – Veranstaltungen 2013
17. September 2013 Seminar: Strategisches und operatives Wissensmanagement
23. – 24. September 2013 Seminar: Kennzahlen im Qualitätsmanagement
23. – 25. September 2013 11th Global Conference on Sustainable Manufacturing
25. – 26. September 2013 PTK 2013: Effiziente Fabriken – Wissen, Werkzeuge, Wertschöpfung
22. – 23. Oktober 2013 Seminar: Einsteigerkurs Geschäftsprozessmanagement
22. – 24. Oktober 2013 parts2clean
01. November 2013 Technologietag Produktionssysteme
08. November 2013 Seminar: Qualitätsmethoden kompakt
12. – 13. November 2013 Seminar: CO2 als Strahl- und Reinigungsmedium
14. November 2013 Industriearbeitskreis: Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe
15. November 2013 Workshop: Plug-In VR
18. November 2013 Seminar: Requirements Engineering für ein besseres Innovationsmanagement
21. November 2013 3. Berliner Requirements Engineering Symposium
21. – 22. November 2013 Industriearbeitskreis: Trockeneisstrahlen
25. November 2013 Seminar: Best Practice Manager
13. Dezember 2013 Technologietag Medizintechnik
Weitere Informationen zu den Veranstaltungen und Möglichkeiten zur Anmeldung finden Sie unter
www.ipk.fraunhofer.de/weiterbildung
Wie können wir auch in Zukunft global und regional Produkte er-
folgreich entwickeln und herstellen? Welche Ressourcen benötigen
wir dafür? Wie können wir Wertschöpfung nachhaltig sicherstellen?
Die enge Verbindung von Wissen, Werkzeugen und Wertschöpfung
bei der Gestaltung effizienter Fabriken aufzuzeigen, ist das Ziel des
XIV. Produktionstechnischen Kolloquiums PTK 2013.
Direkt im Anschluss an die 11th Global Conference on Sustainable
Manufacturing geben ExpertInnen aus Industrie und Wissenschaft
auf dem PTK 2013 Antworten auf diese Fragen. Sie stellen neue
Konzepte für den Umgang mit Wissen vor, präsentieren Werkzeuge
und Methoden, um Wissen in Wertschöpfung umzuwandeln, und
diskutieren Szenarien für die effiziente Fabrik der Zukunft. Neben
TIPP PTK 2013: Effiziente Fabriken – Wissen, Werkzeuge, Wertschöpfung
XIV. Internationales Produktionstechnisches Kolloquium, 25. – 26. September 2013 in Berlin
den Plenumsvorträgen wird in den drei Sessions »Technologie«,
»Informationstechnik« und »Management und Organisation« das
Zusammenspiel von Wissen, Werkzeugen und Wertschöpfung
aus der Perspektive der jeweiligen Session-Schwerpunkte unter-
sucht. Darüber hinaus haben Sie Gelegenheit, im Versuchsfeld des
Produktionstechnischen Zentrums Einblick in das umfangreiche
Spektrum unserer Forschung und Lehre zu nehmen und auf dem
traditionellen Berliner Abend mit internationalen Akteuren ins Ge-
spräch zu kommen.
Weitere Informationen finden Sie hier:
www.effiziente-fabriken.de
Ja, ich nehme am PTK 2013 teil und zwar am: 25. September 2013 zum Beitrag von 350,– €26. September 2013 zum Beitrag von 450,– € 25. und 26. September 2013 zum Beitrag von 690,– €
Titel
Name * Vorname *
Firma / Institut *
Position
Abteilung
Straße / Postfach *
PLZ / Ort *
USt-IdNr. (außer Privatpersonen / Unternehmen ohne USt-IdNr.)
Bestellnr. (falls erforderlich)
Rechnungsadresse, falls abweichend
Telefon * Fax
E-Mail * * Daten erforderlich
Ich nehme an folgender Session am 26. September 2013 teil:
Session I Session II Session IIIIch nehme am Berliner Abend am 25. September 2013 teil.Ich nehme an der Gedenkveranstaltung am 26. September 2013 teil.
Datum, Unterschrift
Ich bin damit einverstanden, dass meine persönlichen Daten vom Ver- anstalter elektronisch gespeichert werden. Die Daten werden aus-schließlich zur Veranstaltungsorganisation von Fraunhofer IPK und IWF der TU Berlin genutzt. Des Weiteren stimme ich dem Abdruck meiner persönlichen Daten im Teilnehmerverzeichnis der Veranstaltung zu.
Bitte informieren Sie mich über weitere Angebote von Fraunhofer IPK und IWF per E-Mail, Post oder Telefax.
XIV. InternatIonales produktIonstechnIsches kolloquIum
25.–26. SEPTEMBER 2013
EFFIZIENTE FABRIKENWISSEN, WERKZEUGE, WERTSCHöPFUNG
PTK 2013
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PTK
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Ber
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Bitte Rückseite ausgefüllt zurücksenden oder
per Fax an +49 30 39006-392 schicken.
Bitt
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frei
m
ache
n
Kurzprofil
Produktionstechnisches
Zentrum (PTZ) Berlin
Ihre Ansprechpartner im PTZ Berlin
UnternehmensmanagementProf. Dr.-Ing. Kai MertinsTelefon +49 30 39006-233, -234kai.mertins@ipk.fraunhofer.de
Virtuelle Produktentstehung,Industrielle InformationstechnikProf. Dr.-Ing. Rainer StarkTelefon +49 30 39006-243rainer.stark@ipk.fraunhofer.de
Produktionssysteme, Werkzeugmaschinen undFertigungstechnik Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart UhlmannTelefon +49 30 39006-101eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de
Füge- und Beschichtungstechnik (IPK)Prof. Dr.-Ing. Michael RethmeierTelefon +49 30 8104-1550michael.rethmeier@ipk.fraunhofer.de
Füge- und Beschichtungstechnik (IWF)Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark (komm.) Telefon +49 30 314-25415 rainer.stark@tu-berlin.de
Automatisierungstechnik,Industrielle AutomatisierungstechnikProf. Dr.-Ing. Jörg KrügerTelefon +49 30 39006-181joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de
Montagetechnik und FabrikbetriebProf. Dr.-Ing. Günther SeligerTelefon +49 30 314-22014guenther.seliger@mf.tu-berlin.de
Qualitätsmanagement, QualitätswissenschaftProf. Dr.-Ing. Roland JochemTelefon +49 30 39006-118roland.jochem@ipk.fraunhofer.de
MedizintechnikProf. Dr.-Ing. Erwin KeeveTelefon +49 30 39006-120erwin.keeve@ipk.fraunhofer.de
Fraunhofer-Innovationscluster
Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) in Energie und VerkehrDipl.-Ing. (FH) Martin Bilz M.Sc.Telefon +49 30 39006-147martin.bilz@ipk.fraunhofer.de
Sichere IdentitätDipl.-Phys. Thorsten SyTelefon +49 30 39006-282thorsten.sy@ipk.fraunhofer.de
Fraunhofer-Allianzen
AdvanCer HochleistungskeramikTiago Borsoi Klein M.Sc. Telefon +49 30 39006-154tiago.borsoi.klein@ipk.fraunhofer.de
ReinigungstechnikDipl.-Ing. Martin BilzTelefon +49 30 39006-147martin.bilz@ipk.fraunhofer.de
VerkehrDipl.-Ing. Werner SchönewolfTelefon +49 30 39006-145werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de
Arbeitskreise
Werkzeugbeschichtungenund SchneidstoffeFiona Sammler, M.Eng.Sc.Telefon +49 30 314-21791fiona.sammler@iwf.tu-berlin.de
KeramikbearbeitungDipl.-Ing. Florian HeitmüllerTelefon +49 30 314-23624heitmueller@iwf.tu-berlin.de
TrockeneisstrahlenDipl.-Ing. Martin BilzTelefon +49 30 39006-147martin.bilz@ipk.fraunhofer.de
MikroproduktionstechnikDr.-Ing. Dirk OberschmidtTelefon +49 30 39006-159dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de
Berliner Runde (Werkzeugmaschinen)Dipl.-Ing. Christoph KönigTelefon +49 30 314-23568ckoenig@iwf.tu-berlin.de
Kompetenzzentren
AnwendungszentrumMikroproduktionstechnik (AMP)Dr.-Ing. Dirk OberschmidtTelefon +49 30 39006-159dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de
BenchmarkingDipl.-Wirt.-Ing. Oliver RiebartschTel.: +49 30 39006-262oliver.riebartsch@ipk.fraunhofer.de
ElektromobilitätDipl.-Ing. Werner SchönewolfTelefon +49 30 39006-145werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de
Mehr Können – Veranstaltungen 2013Claudia EngelTelefon +49 30 39006-238claudia.engel@ipk.fraunhofer.de
Methods-Time MeasurementDipl.-Ing. Aleksandra PostawaTelefon +49 30 314-26866postawa@mf.tu-berlin.de
PDM/PLMDr.-Ing. Haygazun HaykaTelefon +49 30 39006-221haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de
ProzessmanagementDr.-Ing. Thomas KnotheTel.: +49 30 39006-195thomas.knothe@ipk.fraunhofer.de
Rapid PrototypingDipl.-Ing. (FH) Kamilla König-UrbanTelefon +49 30 39006-124kamilla.koenig-urban@ipk.fraunhofer.de
Simulation und FabrikplanungDr.-Ing. Sven GlinitzkiTel.: +49 30 39006-165sven.glinitzki@ipk.fraunhofer.de
Self-Organising Production (SOPRO)Dipl.-Ing. Eckhard HohwielerTelefon +49 30 39006-121eckhard.hohwieler@ipk.fraunhofer.de
Virtual Reality Solution Center (VRSC)Dr.-Ing. Johann Habakuk IsraelTelefon +49 30 39006-109johann.habakuk.israel@ipk.fraunhofer.de
WissensmanagementDr.-Ing. Dipl.-Psych. Ina KohlTelefon +49 30 39006-264ina.kohl@ipk.fraunhofer.de
Dr.-Ing. Markus WillTelefon +49 30 39006-304markus.will@ipk.fraunhofer.de
Zentrum für Innovative Produktentstehung (ZIP)Dr.-Ing. Haygazun Hayka Telefon +49 30 39006-221haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de
Das Produktionstechnische Zentrum
PTZ Berlin umfasst das Institut für
Werkzeugmaschinen und Fabrik-
betrieb IWF der Technischen Univer-
sität Berlin und das Fraunhofer-Insti-
tut für Produktionsanlagen und Kons-
truktionstechnik IPK.
Im PTZ werden Methoden und Techno-
logien für das Management, die Pro-
duktentwicklung, den Produktions-
prozess und die Gestaltung indus-
trieller Fabrikbetriebe erarbeitet. Zu-
dem erschließen wir auf Grundlage
unseres fundierten Know-hows neue
Anwendungen in zukunftsträchtigen
Gebieten wie der Sicherheits-, Ver-
kehrs- und Medizin technik.
Besonderes Ziel des PTZ ist es, neben eige-
nen Beiträgen zur anwendungs orientierten
Grundlagenforschung neue Technologien
in enger Zusammenarbeit mit der Wirt-
schaft zu entwickeln. Das PTZ überführt
die im Rahmen von Forschungsprojek-
ten erzielten Basisinnova tionen gemein-
sam mit Industriepartnern in funktions-
fähige Anwendungen.
Wir unterstützen unsere Partner von der
Produktidee über die Produktentwicklung
und die Fertigung bis hin zur Wiederver-
wertung mit von uns entwickelten oder
verbesserten Methoden und Verfahren.
Hierzu gehört auch die Konzipierung von
Produktionsmitteln, deren Integration in
komplexe Produktionsanlagen sowie die
Innovation aller planenden und steuernden
Prozesse im Unternehmen.
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