Referenten 2023

Keynotes zur Einführung

Prof. Dr.-Ing. Gisela Lanza

Institutsleiterin Produktionssysteme, wbk Institut für Produktionstechnik

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Albert Albers

Sprecher der Institutsleitung, IPEK – Institut für Produktentwicklung

Prof. Dr. Christian Mohrdieck

CCO der cellcentric GmbH & Co. KG

Brennstoffzelle: Produkt-Prozess oder Prozess-Produkt?

^{Die Entwicklung von Brennstoffzellensystemen für automobile Anwendungen erfolgt in der Regel in bewährten Schritten zum Beispiel gemäß dem VDA-Prozeß oder aber auch - insbesondere in den frühen (Forschungs-) Phasen - nach den international verwendeten TRL-Kategorien (TRL = Technology Readiness Level).}

^{Selbst wenn dadurch bei Anwendung auf eine geeignete Eingangstechnologie grundsätzlich ein Produkt mit automobilgerechtem Reifegrad erzeugt werden kann, hat man bei genauer Betrachtung die Vorgehensweisen im Brennstoffzellen-Stack und bei der sogenannten Balance of Plant (BoP) zu unterscheiden. Während BoP-Komponenten wie zum Beispiel ein elektrischer Turbolader für die Luftversorgung, Pumpen, Ventile oder ein Wasserstoff-Rezirkulationsgebläse in hergebrachter Weise nacheinander erst entwickelt und danach mit bekannten Verfahren hergestellt werden können, erfordert die elektro-chemische Natur der Kernkomponente Brennstoffzelle im Brennstoffzellen-Stack eine enge Verzahnung von Produktentwicklung und Entwicklung der zugehörigen produktgerechten Herstellverfahren.} 

^{Der Zusammenhang hat ferner weitreichende Auswirkungen auf die anzuwendenden Entwicklungstest- und Validierungsverfahren. So bestimmt der Fertigungsprozeß nicht nur die Qualität des (Stack-) Produkts, sondern auch seine Leistungsfähigkeit an sich: Das Produkt „Brennstoffzelle“ entsteht aus dem (Herstellungs-)Prozeß. Aufgrund der wechselseitigen Abhängigkeit von Produkt und Prozeß ergeben sich darüber hinaus Einflüsse auf die Skalierung: zum einen bei der Skalierung der Produkteigenschaften von der Einzelzelle zum Stack aus mehreren hundert Zellen und zum anderen bei der Hochskalierung der Herstellverfahren von kleinen zu Großserien-Stückzahlen.}

^{Anhand von konkreten Beispielen wird erläutert, welche komplexen Herausforderungen daraus entstehen und wie sie im interdisziplinären Zusammenspiel von Elektrochemie, Verfahrens- und Produktionstechnik gemeistert werden können.}

Block 1: Mit Agilität und Struktur erfolgreich Prozesse im Produkt-Produktions-CoDesign realisieren

Dr.-Ing. Volker Franke

Managing Director der HARTING Applied Technologies

Mittelstand - Zu klein für Systems Engineering?

_{Zunehmende Komplexität im Maschinenbau zwingt zu Veränderungen im Engineering Prozess. Gleichzeitig wünscht man sich mehr agile Vorgehensweisen, die aber in einem herkömmlich nach Mechanik, Elektrik und Steuerungstechnik segmentierten Entwicklungsprozess nur schwer umsetzbar sind. Systems Engineering kann hierfür einen wertvollen Beitrag leisten. Dazu muss aber eine Anpassung der Werkzeuge und Vorgehensweisen auf kleine und mittelständische Betriebsgrößen erfolgen. Und es muss eine Vorgehensweise definiert werden, wie die Einführung durchgeführt werden und gelingen kann.}

_{Im Vortrag wird der Weg aufgezeigt, den HARTING Applied Technologies eingeschlagen hat, um den gesamten Entwicklungs- und Realisierungsprozess für Sondermaschinen in Losgröße 1 auf der Basis eines Model Based System Engineering umzusetzen. Es wird ein Reifegradmodell zur Messung des Fortschrittes und die Vorgehensweise im Projekt vorgestellt. Die Grundlagen hierfür wurden gemeinsam mit Forschungspartnern im it’s OWL Projekt SE4OWL geschaffen.}

Dr. Thomas Luft

J.M Voith SE & Co. KG

Agil und standortverteilt erfolgreich ans Ziel - Erfahrungen aus der Modularisierung und Konfigurationsentwicklung

_{Globale Kunden mit individuellen Bedürfnissen erfordern von Industrieunternehmen die Entwicklung und Produktion von Produkten, die sich Kunden individuell konfigurieren und bestellen können. Die Lösung dieser Aufgabe ist für Unternehmen überlebenswichtig, um im internationalen Wettbewerb erfolgreich zu sein. Dabei ist die Beherrschung der Komplexität nicht nur während der Auftragsgewinnung sondern besonders auch in der Auftragsabwicklung besonders herausfordernd.}

_{Die effektive, effiziente und interdisziplinäre Zusammenarbeit ist für die Entwicklung und Produktion modularer und konfigurierbarer Produktportfolios daher außerordentlich wichtig. Dies liegt bei der Modularisierung vor allem daran, dass alle Funktionen entlang des Produktlebenszyklus von Produkten, Prozessen und Daten gemeinsam mitwirken müssen, um eine möglichst große externe Varianz bei einer möglichst geringen internen Varianz zu realisieren. Auch bei der darauf aufbauenden Konfiguration entlang der Wertschöpfungskette ist das Zusammenspiel aller Funktionen entscheidend, um den Angebots- und Auftragsabwicklungsprozess durchgängig vom Kunden zum Kunden zu automatisieren.}

_{In diesem Beitrag werden zuerst Herausforderungen bei der Modularisierung und Konfigurationsentwicklung skizziert. Darauf aufbauend werden einige Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Dabei liegt der Fokus auf der Erläuterung der Transformation zum einen von der klassischen zur agilen Vorgehensweise und zum anderen von der analogen zur digitalen Zusammenarbeit. Abschließend werden die Erfahrungen und Potentiale aus der agilen und digitalen Modularisierung und Konfigurationsentwicklung auf die funktions- und standortübergreifende Zusammenarbeit erläutert.}

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer

Institutsleiter Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung, wbk Institut für Produktionstechnik

Agile Produktionsanlagen als Antwort auf sich dynamisch ändernde Produktanforderungen

_{Eine steigende Variantenvielfalt bei kürzeren Produktlebenszyklen, gestiegene technologische Unsicherheiten und volatile Märkte erschweren zunehmend den wirtschaftlichen Einsatz von kapitalintensiven, starr verketteten und hochproduktiven Produktionssystemen. Gleichzeitig erweist sich eine kurze Time-to-Market als vorteilhaft, um wettbewerbsfähig zu sein und höhere Gewinnmargen erzielen zu können.}

_{Klassische Produktionssysteme wie Transferstraßen werden diesen Anforderungen nicht gerecht – einen Lösungsansatz stellen hingegen agile Produktionssysteme dar. Diese zeichnen sich durch ihre schnelle Anpassungsfähigkeit an dynamisch ändernde Produkt- und Stückzahlanforderungen aus. Am Beispiel des Wachstumsmarkt der E-Mobilität wird aufgezeigt, wie eine agile Batteriezellfertigung basierend auf einheitlichen als Microenvironments ausgeführte Roboterzellen (lokale Trockenräume) und einer modularen Anlagentechnik konkret aussehen kann. Ergänzt wird dies durch einen Blick auf die agile Elektromotorenfertigung. Um dem nicht zuletzt infolge der Elektrifizierung des Verkehrssektors stetig steigenden Bedarf an kritischen Rohstoffen gerecht zu werden, wird darüber hinaus im Sinne der Kreislaufwirtschaft ein flexibles Konzept zur automatisierten Demontage von Elektromotoren aufgezeigt.}

Block 2: Systemgenerationsentwicklung (SGE): Produkte werden immer in Generationen entwickelt

Claas Kürten

Entwicklungsingenieur für Validierung in der Vorausentwicklung für mechatronische Systeme der MAHLE International GmbH

Gemischt virtuell-physische Validierungsumgebung in der Vorausentwicklung – Der Start für eine effiziente Produktvalidierung!

_{Die Entwicklung komplexer, neuartiger Systeme in der Vorausentwicklung von Unternehmen sind mit hohen Unsicherheiten verbunden. Ein hoher Variationsanteil/Neuentwicklungsanteil zu bestehenden Systemen innerhalb der Entität sowie unbekannte oder variierende Stakeholder Bedürfnisse erfordern eine hohe Flexibilität bei der Entwicklung und Validierung dieser Systeme.} 

_{X-in-the-Loop Ansätze sind weit verbreitet und versprechen bei einer starken Einbindung von Simulationen und Modellen ein hohes Maß an Flexibilität/Agilität. Für eine effiziente Verwendung der virtuellen oder gemischt virtuell-physischen Testkonfigurationen in der Validierung des zu entwickelnden Systems ist jedoch ein hohes Maß an Erfahrung mit diesen notwendig. Die parallele Entwicklung des Systems und dessen Validierungsumgebung hat jedoch ständige Änderungen zur Folge und führt daher zu einer hohen Unsicherheit.}

_{Unsere Beobachtungen in Vorausentwicklungsprojekten haben gezeigt, dass die Bewertung der Modellierungsgenauigkeit häufig auf Erfahrungswissen basiert und im Zweifel physische Modelle bei der Eigenschaftsabsicherung und insbesondere bei der Überzeugung von Kunden bevorzugt verwendet werden.}

_{Die entwickelte Systematik zur durchgängigen Validierung ermöglicht einen kontinuierlichen Abgleich der Ergebnisse aus verschiedenen Testkonfigurationen. Dieser Abgleich stellt die Basis für die objektive Evaluierung und Bewertung der Modelle dar und trägt damit zur Stärkung des Vertrauens in gemischt physisch-virtuelle Konfigurationen bei. Der Aufbau und die Validierung von Testkonfigurationen in der Vorausentwicklung liefern damit einen entscheidenden Beitrag für eine flexible und effiziente Gestaltung und Validierung des Produkts in der nachfolgenden Serienentwicklung.}

Rolf Müller

MAHLE International Gmbh

_{Gemischt virtuell-physische Validierungsumgebung in der Vorausentwicklung – Der Start für eine effiziente Produktvalidierung!}

_{Rolf Müller schloss sein Maschinenbaustudium an der Universität Karlsruhe (TH) 1995 mit dem Diplom ab. Seine berufliche Laufbahn startete er bei Schaeffler in Herzogenaurach als Versuchsingenieur für Verbrennungsmotoren.} 

_{Seit 1999 war er in verschiedenen Positionen innerhalb des MAHLE Konzerns tätig und ist heute Leiter der Produktvalidierung in der Abteilung Corporate Advanced Engineering für mechatronische Systeme. Im Rahmen der Zusammenarbeit mit dem KIT und der Promotion von Claas Kürten, konnten die Methoden und Prozesse für eine zielgerichtete und effiziente Vorausentwicklung weiterentwickelt und für die modellbasierte Validierung weiter vertieft werden.}

_{MAHLE ist ein international führender Entwicklungspartner und Zulieferer der Automobilindustrie mit Kunden sowohl im Pkw- als auch im Nutzfahrzeugsektor. Der 1920 gegründete Technologiekonzern arbeitet an der klimaneutralen Mobilität von morgen mit Fokus auf die Strategiefelder Elektromobilität, Thermomanagement und Brennstoffzellen sowie weiterhin an hoch effizienten Verbrennungsmotoren, die auch mit E-Fuels oder Wasserstoff betrieben werden. Jedes zweite Fahrzeug weltweit ist heute mit MAHLE Komponenten ausgestattet. MAHLE hat im Jahr 2021 einen Umsatz von rund 11 Milliarden Euro erwirtschaftet. Das Unternehmen ist mit über 71.000 Beschäftigten an 160 Produktionsstandorten und 12 großen Forschungs- und Entwicklungszentren in mehr als 30 Ländern vertreten.}

Manuel Schuster

Leiter Neuentwicklung Baugruppen der Gerhard Schubert GmbH

Modularität im Spannungsfeld zwischen Flexibilität und Kosteneffizienz in der Entwicklung von Verpackungsmaschinen

_{Lebensmittel, Getränke, Pharma-Artikel, Kosmetik, Technische Artikel, und vieles Mehr. All diese Produkte müssen verpackt werden. Um dieser extremen Vielfalt gerecht werden zu können, ist das Wechselspiel von Spezialisierung und Standardisierung essenziell, um kosteneffiziente Lösungen anbieten zu können. In diesem Spannungsfeld bewegt sich die Gerhard Schubert GmbH mit ihrem modularen Ansatz. Attraktive Lösungen mit hohen Verfügbarkeiten werden durch ein Grundgerüst mit standardisierten Robotern geboten. Neben einem losgelösten übergeordneten Innovationsprozess werden bei der Gerhard Schubert GmbH die vorhandenen Systeme zusätzlich in kontinuierlichen Aktivitäten zentral in halbjährlichen Entwicklungszyklen weiterentwickelt und ausgerollt. Als Beispiel hierfür gilt der F4-Pickroboter, eine 4-Achs-Kinematik als Scara-Roboter ausgeführt.}

_{Die Spezialisierung auf jedwedes zu verpackende Produkt wird durch die kunden- und produktspezifische Gestaltung des Pickwerkzeuges erreicht. Mit dem Kunden zusammen wird das Pickwerkzeug speziell für jedes Produkt entwickelt, die durch den Pick-Roboter bedient werden. Hier zeichnet sich die Gerhard Schubert GmbH durch eine in der Entwicklungskultur verankerte Disziplin aus, durch die sich im Spannungsfeld der Flexibilisierung und Standardisierung bewegt. Eine Leistungssteigerung kann hierbei entweder durch eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Pick-Roboters limitiert durch dessen dynamischen Eigenschaften, oder das Design des Pick-Werkzeuges erreicht werden. Diese Herausforderung wurde gemeinsam im Entwicklungsprojekt IP - Integrierte Produktentwicklung mit dem IPEK angegangen}.

Block 3: Datengetriebenes Produkt-Produktions-CoDesign

Andreas Müller

Senior Vice President Manufacturing at Powertrain Solutions Division der Robert Bosch GmbH

Vice President - Program Value Stream IT and Processes

_{In einer Welt zunehmender Volatilität und beschleunigten wissenschaftlichen Fortschritts verkürzt sich die für die Entwicklung eines marktreifen Produktes oder Dienstleistung zur Verfügung stehende Zeit immer stärker. Gleichzeitig können die Auswirkungen von Fehleinschätzungen, verspäteten oder falschen Entscheidungen schwerwiegend sein. Um am Markt erfolgreich zu sein, müssen Unternehmen alles verfügbare expliziten und implizite Wissen einsetzen, um die Produktentwicklung und Industrialisierung zu beschleunigen und schnelleres Feedback aus der Praxis zu erhalten. Der Einsatz digitaler Zwillinge und die Nutzung von Big Data durch KI ist der Weg, welchen Bosch eingeschlagen hat um dieser Herausforderung zu begegnen. Während der digitale Zwilling an vielen Stellen noch im Entstehen ist, gibt es bereits erfolgreiche Best Practices in der Produktentwicklung, Prozessentwicklung und Industrialisierung. Um den größt-möglichen Nutzen zu erzielen, müssen diese Tools Teil einer integrierten digitalen Wertschöpfungskette sein – wir nennen es den AIoT-Zyklus. Neben der Ausarbeitung spezifischer Best Practices werden wir die Herausforderungen diskutieren, denen wir auf dem Weg begegnen.}

_{Andreas Müller begann seine Karriere als Berater für die Optimierung von Geschäftsprozessen und war in verschiedenen Industriezweigen tätig. Dabei hat er ein breites Fachwissen über verschiedene Branchen, Geschäftsprozesse und Lean Management aufgebaut. Bei Bosch war er für die Entwicklung und Implementierung der Standard-RFID-Lösung verantwortlich, die heute ein Schlüsselelement innerhalb der Industrie 4.0-Aktivitäten von Bosch ist. Mit diesem Projekt wurde Bosch 2014 mit dem VDA-Logistikpreis ausgezeichnet. Danach übernahm er die Verantwortung für die Industrie 4.0-Aktivitäten in der Logistik und ist nun für digitale Lösungen in der Intralogistik zuständig. Mit diesen und weiteren Lösungen hat das Bosch-Werk FeP 2018 den VDA-Logistikpreis gewonnen. Nachdem er mehr als 2 Jahre die Abteilung für Fertigungs-IT und Innovationsmanagement für den weltweiten Produktionsverbund von Bosch Powertrain Solutions geleitet hat, baut Andreas Müller nun eine globale funktionsübergreifende Programmorganisation auf, um die digitale Transformation voranzutreiben. Kernelemente sind die Standardisierung von Prozessen und IT innerhalb der Produktionswerke durch die Implementierung einer globalen Plattform für Produktion und Logistik.}

_{Die Bosch-Gruppe ist ein international führendes Technologie- und Dienstleistungsunternehmen mit weltweit rund 394.500 Mitarbeitern. Sie erwirtschaftete im Geschäftsjahr 2020 einen Umsatz von 71,6 Milliarden Euro. Die Aktivitäten gliedern sich in die vier Unternehmensbereiche Mobility Solutions, Industrial Technology, Consumer Goods sowie Energy and Building Technology. Als führender Anbieter im Internet der Dinge (IoT) bietet Bosch innovative Lösungen für Smart Home, Industrie 4.0 und Connected Mobility. Strategisches Ziel der Bosch-Gruppe sind Lösungen und Produkte für das vernetzte Leben, die entweder über künstliche Intelligenz (KI) verfügen oder mit ihrer Hilfe entwickelt oder hergestellt werden.}

Ernst Esslinger

Director Center of Excellence Systems bei HOMAG

Datengetriebenes und durchgängiges Engineering von HOMAG Maschinen

_{HOMAG bietet ein breites Spektrum an Verarbeitungstechnologien im Holzbearbeitungsbereich an, wofür unterschiedliche Maschinentypen angeboten werden. Jede Maschine ist dabei ein Unikat, das auf die Bedürfnisse des jeweiligen Kunden abgestimmt ist, allerdings wiederholen sich die notwendigen Bearbeitungsschritte innerhalb der Maschinen eines Typs immer wieder. Es wurde deshalb ein Baukasten aus funktionalen Modulen entwickelt, der die Bedürfnisse des Marktes möglichst komplett abdeckt. Jedes Modul verfügt über ein standardisiertes Datenmodell und enthält Bestandteile zur Mechanik, Elektrik, SPS, Simulation usw.}

_{Im Vertriebsprozess werden die individuellen Maschinen aus den funktionalen Modulen dann zusammen gesetzt, um die Anforderungen des jeweiligen Kunden abzudecken. Die Module werden somit mehrfach wieder verwendet und man erreicht dadurch eine Aufwandsreduzierung und auch eine deutliche Qualitätssteigerung z.B. im Bereich der Software. Dank dieser Modularität kann die Auftragsbearbeitung weitestgehend automatisiert ablaufen. Es entstehen: ein 3D-Modell der Maschine, die Schaltpläne, die Feldbuskonfiguration, die SPS usw. Auch das Modell für die virtuelle Inbetriebnahme wird direkt erzeugt.}

Dr. Uwe Hoffmann

Program Manager Industry 4.0 der Philips Engineering Solutions

Modellbasiertes Änderungsmanagement im Anlagen- und Sondermaschinenbau – Ein ganzheitlicher Ansatz zum Umgang mit technischen Änderungen

_{Technische Änderungen treten in der heutigen Produktentwicklung sehr häufig auf. Sie definieren bis zu 80 % der finalen Kosten eines Produktes und sind damit ein wesentlicher Bestandteil des Produktentstehungsprozesses. Gleichzeitig beanspruchen technische Änderungen etwa ein Viertel der Entwicklungskosten und ca. ein Drittel aller technischen Änderungen im Unternehmen werden als kritisch eingestuft. Die Ursache für hohe Kosten und Unsicherheiten im technischen Änderungsmanagement bildet dabei die hohe System- und Organisationskomplexität und stellt damit das technische Änderungsmanagement vor große Herausforderungen.}

_{Ein Ansatz, um mit hoher Komplexität in der Produktentwicklung umzugehen, bildet das Model-Based Systems Engineering – MBSE. Hierbei werden Informationen die im Produktentstehungsprozess entstehen in einem zentralen Systemmodell gespeichert und können von verschiedenen Stakeholdern bedarfs- und aufgabengerechten verwendet werden. Obwohl MBSE die Verfügbarkeit, Konsistenz, Nachvollziehbarkeit und die Wiederverwendung in der Produktentwicklung unterstützen kann, besteht ein Mangel an MBSE-gestützten Methoden, die eine systematische Analyse und Kommunikation von technischen Änderungen unterstützen. In diesem Vortrag wird die modellbasierte Methodik „Advanced Engineering Change Impact Approach“ – AECIA am Beispiel eines Änderungsfall einer Anlage der Philips GmbH Engineering Solutions Aachen vorgestellt. Der Fokus des Vortrages liegt dabei auf der modellbasierten Analyse von Änderungsausbreitung und der Bewertung von Lösungsalternativen im technischen Änderungsmanagement.}

Alex Martin

Wissenschaftlicher Mitarbeiter Forschungsgruppe ASE-Advanced System Engineering

Modellbasiertes Änderungsmanagement im Anlagen- und Sondermaschinenbau – Ein ganzheitlicher Ansatz zum Umgang mit technischen Änderungen

_{Technische Änderungen treten in der heutigen Produktentwicklung sehr häufig auf. Sie definieren bis zu 80 % der finalen Kosten eines Produktes und sind damit ein wesentlicher Bestandteil des Produktentstehungsprozesses. Gleichzeitig beanspruchen technische Änderungen etwa ein Viertel der Entwicklungskosten und ca. ein Drittel aller technischen Änderungen im Unternehmen werden als kritisch eingestuft. Die Ursache für hohe Kosten und Unsicherheiten im technischen Änderungsmanagement bildet dabei die hohe System- und Organisationskomplexität und stellt damit das technische Änderungsmanagement vor große Herausforderungen.}

_{Ein Ansatz, um mit hoher Komplexität in der Produktentwicklung umzugehen, bildet das Model-Based Systems Engineering – MBSE. Hierbei werden Informationen die im Produktentstehungsprozess entstehen in einem zentralen Systemmodell gespeichert und können von verschiedenen Stakeholdern bedarfs- und aufgabengerechten verwendet werden. Obwohl MBSE die Verfügbarkeit, Konsistenz, Nachvollziehbarkeit und die Wiederverwendung in der Produktentwicklung unterstützen kann, besteht ein Mangel an MBSE-gestützten Methoden, die eine systematische Analyse und Kommunikation von technischen Änderungen unterstützen. In diesem Vortrag wird die modellbasierte Methodik „Advanced Engineering Change Impact Approach“ – AECIA am Beispiel eines Änderungsfall einer Anlage der Philips GmbH Engineering Solutions Aachen vorgestellt. Der Fokus des Vortrages liegt dabei auf der modellbasierten Analyse von Änderungsausbreitung und der Bewertung von Lösungsalternativen im technischen Änderungsmanagement.}