Es klingt nach Science-Fiction, was die Chemikerin Francesca Toma vom Berkeley National Laboratory untersucht hat. Ihr Forschungsobjekt: Eine Maschine, die nach dem Vorbild von Pflanzen Photosynthese betreibt. Der dabei gewonnene Wasserstoff kann Motoren antreiben; die Energie kommt aus Licht. Erfinder dieser Technologie für künstliche Photosynthese ist Zetian Mi, Professor an der University of Michigan.

Künstliche Photosynthese hat bisher ein großes Problem: Die Materialien verlieren sehr schnell ihre Funktion. Schon nach wenigen Stunden im Einsatz nimmt die Effektivität massiv ab. Bei dem untersuchten Gerät verhält es sich jedoch nicht so. Nach Angaben von Toma wird die Maschine im Einsatz immer besser und spaltet Wasser immer effektiver in Sauerstoff und Wasserstoff auf. Aber wie funktioniert sie überhaupt?

Der Prozess ist etwas anders als beim natürlichen Vorbild. Künstliche Photosynthese heißt in diesem Fall, dass mit Sonnenlicht Wasserstoff aus Wasser isoliert wird. Übrig bleibt Sauerstoff, denn Wasser ist nichts anderes als eine Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff. Der freigesetzte Wasserstoff aus der Verbindung kann als Treibstoff verwendet werden.

Die künstliche Photosynthese ist eine besonders vielversprechende Technik, um reinen Wasserstoff zu gewinnen. Was an der untersuchten Technik darüber hinaus begeistert: Es kommen preiswerte und weit verbreitete Galliumnitrit-Nanodrähte zum Einsatz. Diese nur maximal 0,0001 Millimeter dicken Metallfäden werden in vielen gewöhnlichen Elektroprodukten genutzt. Die nach Science-Fiction klingende Entdeckung aus den USA baut also auf etwas auf, das so gewöhnlich ist, dass es schon heute in vielen Haushalten zu finden ist.

Es gilt als Zauberwort schlechthin, das die Prozesse in der Fertigung vereinfachen und beschleunigen kann: die Künstliche Intelligenz (KI). In ihrer Ausprägung als „Maschinelles Lernen“ (ML) ist diese Software längst Bestandteil im Alltag und erobert zunehmend auch Industriebetriebe. Maschinelles Lernen erschließt der Automatisierung neue Möglichkeiten: beim Steuern von Prozessen, zur Detektion von Anomalien an Maschinen und Werkstücken oder in der automatisierten Qualitätskontrolle.

Maschinelles Lernen verändert vermehrt die Art und Weise, wie Maschinen konstruiert werden. Lösungen zum Erledigen konkreter Aufgaben müssen nicht mehr – wie bisher – in einen Algorithmus überführt werden, sondern das System soll die Handlungsanweisung eigenständig erlernen. Damit die Modelle aber bessere Lösungen bieten, muss der gewünschte Algorithmus anhand beispielhafter Prozessdaten erlernt werden.

Auch wenn in der Fabrik die Zukunft für Künstliche Intelligenz erst beginnt, gibt es bereits zahlreiche Applikationen zum Verbessern der Maschinenverfügbarkeit und Prozessoptimierung wie beispielsweise die Spracherkennung. Dank KI bieten sich heute ganz neue Möglichkeiten, was Alexa und Co. im Privatbereich eindrucksvoll unter Beweis stellen.

Warum also nicht auch Maschinen per Sprache intuitiv steuern? Der Anlagenbediener kann direkt in ein Mikrofon sprechen und die Anlage führt den Sprachbefehl aus. Der Nutzen ist deutlich erkennbar. Für unerfahrene Bediener entfällt die oft komplizierte händische Befehlseingabe. Außerdem kann der Mitarbeiter schon während des Sprachbefehls parallel das nächste Bauteil vorbereiten oder aus der Maschine entnehmen. Das spart Zeit und gestaltet Prozesse produktiver. Und noch etwas ist wichtig: Maschinelles Lernen wird erst dann wirklich erfolgreich in Fabrikbetriebe einziehen, wenn die Anwendungen auf die individuellen Anforderungen der Maschine abgestimmt sind.

Am 22. und 23. September 2021 findet das 30. Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium (AWK) statt. Im Fokus steht diesmal das Internet of Production. Das Leitthema „Turning Data into Sustainability“ soll zeigen, wie produzierende Unternehmen durch bedarfsgerechte Datenerfassung und maschinelles Lernen zu schnellen, fehlerfreien Verbesserungen in der Serienproduktion gelangen und wie sie dadurch nachhaltig produzieren können.

In den vergangenen 100 Jahren hat die Industrialisierung nahezu alle Wirtschaftsbereiche erfasst und durch kontinuierliche Kostenoptimierung, Zeiteinsparung und Qualitätssteigerung geprägt. Doch ressourcenintensives Produktivitätsdenken wird heute vom Zukunftsbild einer stärker ökologisch denkenden Gesellschaft überholt. Der Fokus wandelt sich immer mehr zu Themen wie Umwelt, Sozialwesen und Unternehmenssteuerung.

Eine Antwort auf die aktuellen Herausforderungen sehen die Veranstalter des AWK deshalb in einem Übergang zur nachhaltigen und emissionsfreien Gestaltung der Produktion. Als wichtigsten Beschleuniger einer solchen Produktionswende nennen die Aachener Forscherinnen und Forscher das sogenannte Internet of Production: die durchgängige Digitalisierung und Vernetzung von Maschinen und Anlagen innerhalb der Produktions- und Wertschöpfungskette. Das Internet of Production soll produzierenden Unternehmen zu mehr Nachhaltigkeit, Effizienz, Produktivität, Qualität und Wettbewerbsfähigkeit verhelfen. Die sichere Verfügbarkeit von Daten, Informationen und Wissen zu jeder Zeit und an jedem Ort gilt als eines der wichtigsten Versprechen der Industrie 4.0 und bildet zugleich die Grundlage für die weiteren Entwicklungen.

Das AWK ist Netzwerktreffen und Informations-Hub zugleich. Begleitet durch ein international hochkarätig besetztes Vortragsprogramm bietet die Konferenz einen umfassenden Einblick in die Trends der angewandten Forschung und Entwicklung für Fach- und Führungskräfte aus Industrie und Wissenschaft. Zusätzlich zur gewohnten Präsenzveranstaltung gibt es zum 30. Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium eine Premiere: Neben der analogen Veranstaltung im Aachener Eurogress wird es erstmals auch eine digitale Übertragung weiter Teile des Veranstaltungsprogramms geben.

Weitere Infos: www.awk-aachen.com

Warum etwas neu erfinden, was die Natur eindrucksvoll vorlebt? Inspiriert vom Beutegreif-Prinzip von Libellenlarven wurde jetzt ein bionischer Roboter mit einem 3D-Drucker hergestellt.

Das wissenschaftliche Team um Dr. Sebastian Büsse vom Zoologischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel hat das biomechanische Prinzip entschlüsselt, wie Libellenlarven ihre Beute fangen. In Bruchteilen von Sekunden schnellt das Mundwerkzeug der Libellenlarve nach vorn, um nach der Beute zu schnappen. Jahrzehntelang waren Forschende davon ausgegangen, dass es sich hierbei um einen hauptsächlich hydraulischen Vortrieb handeln müsse. 

Berechnungen ergaben aber, dass der Vortrieb der Mundwerkzeuge der Libellenlarven vielmehr über ein steuerbares Katapultsystem funktioniere: eine innere, elastische Struktur im Libellenkopf, die wie eine Sprungfeder von einem Muskel gespannt wird. Hierbei wird die Energie des Muskels gespeichert. Die beiden Segmente der Fangmaske sind miteinander verbunden und werden durch einen gemeinsamen Mechanismus arretiert und ausgelöst.

Die Forscher hatten vorab Hypothesen aufgestellt und konnten diese dann mit einem nach dem Prinzip konstruierten, bioinspirierten Roboter unter Beweis stellen. „Einer der großen Vorteile von bioinspirierten Robotern ist die Möglichkeit, Ideen über biologische Funktionsprinzipien zu testen, die anders sehr schwer zu überprüfen wären. Robotik funktioniert idealerweise in zwei Richtungen: Wir lernen etwas über die Biologie und entwickeln etwas technisch Anwendbares“, erläutert Dr. Sebastian Büsse die Vorgehensweise.

Inzwischen arbeiten die Forscher an einer Weiterentwicklung des Roboters, in den sie eine visuelle Objekterkennung integrieren. Damit soll der Roboter das Objekt selbstständig erkennen und treffen können. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens wurden in der Fachzeitschrift „Science Robotics“ veröffentlicht.

Der Maschinen- und Anlagenbau zieht eine gemischte Bilanz für das Jahr 2020. Das ist das Ergebnis der 9. VDMA-Blitzumfrage zu den wirtschaftlichen Auswirkungen der Corona-Pandemie, an der 575 Mitgliedsunternehmen teilgenommen haben. Vier von fünf Unternehmen schließen das vergangene Geschäftsjahr mit einem Umsatzrückgang ab.

„Zahlreiche Maschinen- und Anlagenbauer profitierten von der konjunkturellen Belebung im vierten Quartal des vergangenen Jahres und gingen mit Schwung ins neue Jahr. Etwa jedes sechste Unternehmen konnte dadurch das Geschäftsjahr mit einem Umsatzplus zwischen 0 und 10 Prozent abschließen”, resümiert VDMA-Chefvolkswirt Dr. Ralph Wiechers. Auf Basis der vorliegenden Umsatzzahlen 2020 melden 42 Prozent der Unternehmen jedoch Umsatzeinbußen in Höhe von 10 bis 30 Prozent.

Die Auftragslage hat sich zum Ende des Jahres hin sukzessive verbessert. Aktuell berichten noch 14 Prozent der Unternehmen von gravierenden Auftragseinbußen. Im September des vergangenen Jahres lag dieser Wert doppelt so hoch. 88 Prozent der Unternehmen sehen ihre Lage durch Reise- oder Aufenthaltsbeschränkungen beeinträchtigt; 79 Prozent der Befragten bewerten die mangelnde Planbarkeit als problematisch – immer wieder geraten auch die Lieferketten unter Druck.

Die spürbare konjunkturelle Belebung im 4. Quartal 2020 wirkte sich zuletzt auch positiv auf die Kapazitätsanpassungen der Unternehmen aus. 48 Prozent der Betriebe haben Kurzarbeit, und 47 Prozent arbeiten mit Einstellungsstopps. Im September letzten Jahres berichteten noch 64 Prozent der Betriebe von Kurzarbeit, 62 Prozent hatten Einstellungsstopps verhängt.

Was die Nachfrage in 2021 betrifft ist die Zuversicht unter den Maschinen- und Anlagenbauern bemerkenswert. Für 2021 rechnen etwa drei von vier Unternehmen mit einem Umsatzwachstum und damit, die Folgen der Pandemie Schritt für Schritt überwinden zu können. Fast jedes zweite Unternehmen stuft ein Plus zwischen 0 und 10 Prozent als realistisch ein. Was die die europäischen Absatzmärkte inklusive Deutschlands angeht, sehen die Maschinen- und Anlagenbauer dagegen weniger positiv in die Zukunft. „Speziell in Deutschland erwarten 65 Prozent noch keine Veränderung zum Besseren“, analysiert der VDMA-Chefvolkswirt.

Auch wenn die Ergebnisse dieser Blitzumfrage im Großen und Ganzen erfreulicher als noch im Herbst 2020 ausfallen, kann das nicht darüber hinwegtäuschen, dass mit Rückschlägen gerechnet werden muss. Grundsätzlich bleibt die Lage im Maschinenbau im laufenden Jahr äußerst labil und angespannt. Eine Entwarnung kann – auch mit Blick auf die aktuelle, unübersichtliche Lockdown-Problematik speziell im ersten Quartal – nicht gegeben werden.

Die aktuelle Pandemielage und damit verbundene Einschränkungen machen die verlässliche Planung einer Vorort- oder Hybridveranstaltung unmöglich. Daher wird das Messe-Duo Intec und Z vom 02. bis 04. März 2021 unter dem Motto „Intec / Z connect“ ausschließlich digital stattfinden.

Die Intec / Z connect bietet der deutschen Metallbearbeitungs- und Zulieferindustrie trotz der anhaltenden Corona-Pandemie die dringend benötigte Plattform, um den Dialog in der Branche zu ermöglichen und Impulse für die Zukunft zu liefern. Herzstücke der Veranstaltung werden eine Produktshow der Aussteller in Form eines virtuellen Showrooms, ein Online-Kongress und eine digitale Networking-Plattform sein. Derzeit erarbeitet die Leipziger Messe das Programm, das sich den aktuellen und brennenden Fragen der Branche widmet.

In den ungeraden Jahren ist die Intec der erste wichtige Branchentreff für die metallbearbeitende Industrie in Deutschland und Europa. Kernbereiche der Intec sind Werkzeugmaschinen, Systeme für die automatisierte Produktion sowie die gesamte Fertigungstechnik für die Metallbearbeitung. Die Z gehört zu den führenden internationalen Zuliefermessen in Europa. Ihr Angebot richtet sich vorwiegend an Abnehmer aus dem Maschinen-, Anlagen- und Werkzeugbau sowie der Fahrzeugindustrie.

Details zum Programm der Intec / Z connect werden in den kommenden Wochen bekanntgegeben.

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Die Additive Fertigung – sprich die Produktion mittels industrieller 3D-Drucker – wird für viele Unternehmen immer relevanter. Sie eignet sich für die Produktion von Anschauungs- und Funktionsprototypen (Rapid Prototyping), Endprodukten (Rapid Manufacturing) sowie Werkzeugen und Formen (Rapid Tooling).

Bei der Additiven Fertigung entsteht das Werkstück, indem Schicht für Schicht Material aufgetragen wird. Auf diese Art und Weise lassen sich sehr komplexe Strukturen realisieren und es gibt kaum Designbeschränkungen. Werfen wir einen kurzen Blick auf die Vor- und Nachteile der Additiven Fertigung.

Vorteile Additive Fertigung

  • Gestaltungsfreiheit: Es können nahezu unendlich komplexe Geometrien gefertigt werden.
  • Individualisierung: Additive Fertigung macht Schluss mit Einheitsprodukten. Individuelle Lösungen für Produkte oder Werkzeuge können an spezifische Bedürfnisse angepasst werden.
  • Kostenersparnis: Schnellere Produktionszeiten, kürzere Prozessketten und ein geringerer Materialverbrauch verringern in der Regel spürbar Kosten.

Nachteile Additive Fertigung

  • Post Processing: Um die gewünschte Oberflächengüte zu erzielen, müssen generativ gefertigte Bauteile häufig eine aufwendige Nachbearbeitung durchlaufen.
  • Begrenzte Eignung für Massenfertigung: Obwohl industrielle Druckanlagen immer schnellere Aufbauraten haben, brauchen sie im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren noch relativ lange, um ein Teil zu erzeugen.
  • Fehlendes Know-how: Ingenieure und Fachkräfte beschäftigen sich während ihrer Ausbildung vor allem mit herkömmlichen Fertigungsmethoden und nicht mit dem Schwerpunkt Additive Fertigung.
  • Investitions- und Betriebskosten: Viele Unternehmen scheuen die Kosten für die Anschaffung der Maschinen und das benötigte Material.

Auch wenn der Markt für Additive Fertigung immer vielfältiger wird und den Werkzeugbau verbessern kann, wird es noch dauern, bis die Additive Fertigung den CNC-gesteuerten Maschinen mit Blick auf die Serienfertigung Konkurrenz machen wird.

Welche Potenziale birgt die 5G-Mobilfunktechnologie für die Industrie? Wie kann die Digitalisierung in der Produktion gelingen? Diese Fragen stellen sich viele Unternehmen, wenn es darum geht, mit der neuen Mobilfunktechnologie Produktionsabläufe zu optimieren.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen hat gemeinsam mit Projektpartnern aus dem Umfeld von Produktionstechnik und IT den 5G-Industry Campus Europe ins Leben gerufen. Seit mehreren Jahren befasst man sich in verschiedenen Forschungsprojekten mit dem industriellen Einsatz des neuen Mobilfunkstandards. 5G bietet mit hohen Datenraten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde und geringen Latenzen unter einer Millisekunde die besten Voraussetzungen zur Implementierung hochmoderner Fertigungssysteme.

Um die technologischen Entwicklungen interessierten Unternehmen leichter zugänglich zu machen, bietet das Institut ein modular aufgebautes 5G-Audit an, deren Module frei wählbar sind und sowohl von Einsteigern als auch von 5G-Erfahrenen genutzt werden können.

Das Expertenteam des Fraunhofer IPT versetzt die auditierten Unternehmen damit in die Lage,

  • eigene 5G-Einsatzfelder zu identifizieren,
  • Aufwand und Nutzen für eine 5G-Integration einzuschätzen und
  • konkrete Umsetzungsstrategien zu entwickeln.

Die Audit-Module variieren vom zeitlichen Umfang und bieten Unternehmen die Option, die 5G-Technologie sowie deren Potenziale und Herausforderungen kennenzulernen. Bis hin zu der Möglichkeit, ein 5G-Netz in den eigenen Produktionshallen aufzubauen und in die bestehende Produktion zu integrieren.

Das Ergebnis eines jeden 5G-Audits sind Handlungsempfehlungen für die individuelle Situation vor Ort in den Unternehmen. Interessierte Unternehmen und Forschungspartner, die sich über das 5G-Audit informieren möchten, finden weitere Infos und Ansprechpartner unter www.ipt.fraunhofer.de/5g-audit.

Ein aktuelles Forschungsprojekt des Lehrstuhls für Biotechnologie der RWTH Aachen geht der Frage nach, wie man mit Konzepten aus der Biologie von den Auswirkungen einer volatilen Umwelt profitieren kann.

Eine Eigenschaft von komplexen Systemen sind schwer nachvollziehbare oder unbekannte Ursache-Wirkungszusammenhänge. Daher treten in vielschichtigen Produktionsprozessen oder Wertschöpfungsnetzwerken unvorhergesehene Störungen auf. Mit zunehmender Volatilität steigt das Risiko unerwarteter, negativer Ereignisse. Um langfristig erfolgreich zu sein, müssen fertigende Unternehmen daher den Herausforderungen unvorhersehbarer Störungen gezielt begegnen.

Das Konzept der Antifragilität - als Gegensatz der Fragilität - stellt einen Lösungsansatz für diese Herausforderung dar. Dieses Phänomen ist in der Biologie weit verbreitet. Beispielsweise wächst unser muskuläres System unter zunehmender Belastung. Unser Immunsystem wird gestärkt, indem wir es Stressoren, z.B. einer Impfung, aussetzen.

Künstliche Intelligenz als Transmitter

Durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) ergeben sich Möglichkeiten, Mechanismen aus der Natur auf technische Systeme zu übertragen. Im Rahmen einer Projektförderung erforschen Experten der RWTH Aachen seit Juni, wie Prinzipien der Antifragilität mithilfe von Methoden der KI für die Produktion nutzbar gemacht werden können.

„Während Unsicherheiten in produktionstechnischen Systemen deren Stabilität gefährden, kann mit dem Konzept der Antifragilität erstmals erforscht werden, wie diese Systeme mit noch mehr Unsicherheiten und Volatilität sogar besser werden“, erklärt Dr. Daniel Trauth, Leiter der Abteilung Digitale Transformation am Lehrstuhl für Biotechnologie.

Ziel des Projektes ist deshalb die Entwicklung eines Umsetzungskonzeptes für ein Antifragilitäts-Management für technische Systeme. Das Umsetzungskonzept soll anschließend anhand von ausgewählten Use-Cases in einem interdisziplinären Folgeprojekt realisiert werden.

Unternehmen, die Interesse an Antifragilität in technischen Systemen haben, sind herzlich eingeladen, Dr. Daniel Trauth zu kontaktieren, um das Thema zu diskutieren oder an entsprechenden Forschungsvorhaben mitzuwirken.

www.wzl.rwth-aachen.de

© https://www.vdwf.de/

Ab Mitte September 2020 startet der VDWF eine neue Online-Veranstaltungsreihe: die VDWF-Thementage. Unter dem Motto „rund um …“ haben Unternehmen die Möglichkeit, potenziellen Kunden und Partnern online ihr Angebot vorzustellen. Diese virtuellen Präsentationstermine sind die Antwort auf die abgesagten oder verschobenen Messen in Zeiten von Corona, die die Branchenlandschaft stark in Mitleidenschaft gezogen haben.

Gerade für Außendienstler ist es in diesen Tagen nicht einfach, Gesprächstermine vor Ort zu organisieren.

Egal ob Zulieferer, die sich Werkzeug- und Formenbau-Unternehmen präsentieren oder Werkzeugmacher, die neue Kunden suchen: Mit den VDWF-Thementagen möchte der Verband eine Plattform zur Verfügung stellen, die den Informationsdurst stillt und trotz der kontaktlosen Kommunikation zu einem erfolgreichen Geschäftsabschluss führen kann. Die digitalen Veranstaltungen finden von Mitte September bis Anfang Dezember immer dienstags und donnerstags ab jeweils 13 Uhr für ungefähr 30 Minuten statt – moderiert vom Szene-Fachmann Richard Pergler. Im Anschluss ist eine Fragerunde vorgesehen.

Die ersten Termine des Online-Formates lauten: „Alles rund um CAD“, „Alles rund ums Spannen“, „Alles rund um die Spritzgussmaschine“, „Alles rund um den Heißkanal“. Weitere Infos zu nachfolgenden Themen und Anmeldeformulare finden Interessenten auf der VDWF-Website.

www.vdwf.de

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Im Frühjahr sank der ifo-Geschäftsklimaindex auf einen historischen Tiefstwert von 74,3 Punkten. Aktuelle Zahlen und Auswertungen von Statista zeigen aber wieder positive Tendenzen: 9.000 Unternehmen aus dem verarbeitenden Gewerbe, Dienstleistungssektor, Handel und Bauhauptgewerbe wurden befragt.

Ihr Blick auf die kommenden Monate ist von wachsender Zuversicht geprägt. Aktuell ist bereits eine leichte Verbesserung nach dem Tief zu verzeichnen (86,2 Punkte im Juni). Eine Erhöhung des Geschäftsklimaindexes auf 91,4 Punkte wird erwartet. Die Befragten aus dem verarbeitenden Gewerbe gehen von einer deutlichen Verbesserung aus, was sich maßgeblich auf das aktuelle Geschäftsklima auswirkt und auch die Weichen für die GrindTec stellt.

Als eine der ersten bedeutenden Fachmessen geht die Weltleitmesse für Schleiftechnik im Herbst an den Start. Vom 10. bis 13. November bietet sie der metallverarbeitenden Industrie eine wichtige und notwendige Plattform. Von den rund 650 Ausstellern, die für den März-Termin angemeldet waren, konnten nahezu alle den neuen Termin im November bestätigen.

Im direkten Dialog zwischen Besuchern und Herstellern eröffnen sich neue Perspektiven für das Werkzeugschleifen, die die Unternehmen aus der Krise führen können. Impulse geben unter anderem hochfunktionale Lösungen und Weiterentwicklungen wie:

  • hybride Schleifmaschinenkonzepte, die auch andere Fertigungstechnologien integrieren
  • additiv gefertigte strömungsoptimierte Kühlschmierstoffdüsen
  • Direktantriebe in den Schleifmaschinenachsen zur Verbesserung der dynamischen Steifigkeit und Genauigkeit sowie zur Leistungssteigerung
  • neue 5-Achs-Maschinenkonzepte für das Werkzeugschleifen

Die Coronakrise hat nicht nur der Werkzeugschleifbranche deutlich aufgezeigt, dass Digitalisierung, Vernetzung und Automatisierung unverzichtbar sind. Aktuell entstehen viele neue Geschäftsmodelle, die enormes wirtschaftliches Potenzial besitzen.

Weitere Infos: www.grindtec.de