Intelligente Technische Systeme – Lösungen aus dem Spitzencluster it’s OWL – serie

Dieses Fachbuch beschreibt die Grundlagen für den Aufbau einer beteiligungsorientierten Gestaltung von Industrie 4.0. In den einzelnen Kapiteln werden Modelle zur nutzerorientierter Technikgestaltung und zur Technikfolgenabschätzung entwickelt, die in Kooperation mit Praktikern aus Industriebetrieben entstanden und am Beispiel von Industrie-4.0-Projekten erprobt wurden. Die Akteure in der Gestaltung von Arbeit und Technik finden Handlungsempfehlungen zur beteiligungsorientierten Gestaltung, in Form von Interviewleitfäden, Workshopkonzepten und Checklisten.

Dieses Buch beschreibt basierend auf dem gleichnamigen Innovationsprojekt im Spitzencluster it’s OWL die Entwicklung intelligenter Verfahren und Systeme, um auch unter variablen Produktionsbedingungen eine zuverlässige Massenfertigung von Kupferbondverbindungen sicherzustellen.Dabei wird der gesamte Prozess der Ultraschall-Verbindungsbildung modelliert. Dies beinhaltet u. a. ein Reibmodell mit gekoppeltem Anbindungsmodell, den Ultraschall-Erweichungseffekt und den Verschleiß des Bondwerkzeugs. Zudem wird das Konzept einer selbstoptimierenden Bondmaschine vorgestellt, welche Prozessparameter in Abhängigkeit von Störgrößen wie Verschleiß anpasst.Das Ultraschallbonden mit Aluminiumdraht ist ein etabliertes Fertigungsverfahren zur Kontaktierung von Leistungshalbleitern. Zukünftige Leistungshalbleiterchips erfordern jedoch einen Technologiewechsel zu Kupferdraht. Die Prozessparameter unterscheiden sich dabei deutlich von den bekannten Aluminiumprozessen, ihreWechselwirkungen sind weitestgehend unbekannt.

Das vorliegende Buch fasst die Projektergebnisse der Nachhaltigkeitsmaßnahme "Marktorientierung" zusammen. Marktorientierung als Maßnahme zur Nachhaltigkeit sichert den Erfolg technologischer Neuentwicklungen, als Grundlage von Innovationen. Innovationen müssen evidente und latente Bedürfnisse befriedigen und einen Mehrwert zu bestehenden und konkurrierenden Lösungen bieten. Daher ist es unabdingbar, die Kundenpräferenzen bereits im Innovationsprozess zu erfassen und in der Produktentwicklung zu berücksichtigen. Ergebnisse der Forschung führen zur Entwicklung einer Methodik, mit der Kundenpräferenzen für neuartige technische Lösungen erhoben werden können, die noch nicht real existieren. Unternehmen erhalten damit praxisorientierte Hilfestellungen, um technologische Vorteile in Nutzenvorteile zu überführen. Mit den Ergebnissen können bereits frühzeitig im Innovationsprozess notwendige Anpassungen vorgenommen werden. Kern des Projektes ist ein Planmodul, das speziell für dieses Ziel konzipiert wurde. Die zweite Version (MarktLab 2.0) ist darauf gerichtet, ggf. auch frühzeitig Informationen zu gewinnen und in einem Marktmodell die Möglichkeit zu haben, alternative Lösungsansätze quasi "im Labor" zu testen. Online können ausgewählte Kunden zu Produktentwicklungen befragt werden, Alternativen der Entwicklung sogar schon mit Abgabepreisen dargestellt werden und eine Präferenzrangfolge erhoben werden. Soweit nötig wird dazu auf virtuelle Realität als Darstellungsform zurückgegriffen.

Das Buch beschreibt anschaulich die Ergebnisse der Nachhaltigkeitsmaßnahme „it’s owl – VorZug; Vorausschau – Die Zukunft vorausdenken und gestalten“ des Spitzencluster it’s owl – Intelligente technische Systeme Ostwestfalen-Lippe.Vorausschau und die effiziente Integration der Ergebnisse in die Planungsprozesse ist bereits heute ein erfolgsentscheidender Faktor. Unternehmen, die dies nicht nutzen, landen häufig mit den falschen Produkten zur falschen Zeit am Markt. Dies wird unterstrichen durch eine Studie von Cooper (2001), derzufolge 24% aller untersuchten fehlgeschlagenen Innovationen haupt-sächlich an „unzureichender Marktanalyse“, 16% an „Produkten, die nicht den Erwartungen entsprechen“ und 14% an „ungenügendem Marketingaufwand“ (zugleich den drei insgesamt auch am häufigsten genannten Ursachen) scheitern, wohingegen bei lediglich 6% „technische Probleme bei der Entwicklung“ als Hauptursache angegeben worden ist. Es gilt, die daraus resultierenden Fehlinvestitionen durch Vorausschau zu minimieren.Ziel des Vorhabens, war ein Instrumentarium, welches Inhalte, Methoden und IT-Werkzeuge für den Frühaufklärungsprozesses beinhaltet und den Cluster als Ganzes, aber insbesondere auch die Clusterunternehmen befähigt, wirkungsvoll und effizient Vorausschau zu betreiben und daraus die erforderlichen Schlüsse für die Entwicklung von Geschäfts-, Produkt- und Technologiestrategien zu ziehen. Neben den einzelnen Bausteinen der Betrachtung werden insbesondere auch die Erkenntnisse aus den Pilotprojekten ausgeführt.

Die Publikation befasst sich mit der Optimierung einer Wäscherei hinsichtlich ihrer Ressourceneffizienz. Ressourcen umschließen hierbei die menschliche Arbeitskraft, der Umsatz von Chemikalien und Wasser, sowie den Energieverbrauch. Die Grundlagen der Wäschereitechnik und die eingesetzten wissenschaftlichen Methoden bilden die Grundlage für die exemplarische Umsetzung einer ressourceneffizienten Wäscherei. Diese Umsetzung erfolgt in vier Pilotprojekten, die sich mit unterschiedlichen aktuellen Herausforderungen der Wäschereitechnik beschäftigten.Ergebnisse des ReSerW-Projekts im Rahmen des Spitzenclusters intelligente technische Systeme OWL (it’s OWL).

Das Buch beschreibt die Ergebnisse des Querschnittsprojekts „Selbstoptimierung“ des vom BMBF geförderten Spitzencluster-Projekts „Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe“ (kurz: it’s OWL).Die Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik eröffnet neue Perspektiven für intelligente technische Systeme, die hohen Kundennutzen stiften. Diese Systeme sind in der Lage, sich ihrer Umgebung und den Wünschen ihrer Anwender im Betrieb anzupassen. Für den Innovationssprung von der Mechatronik hin zu selbstoptimierenden Systemen wird Expertise aus den Gebieten Maschinelles Lernen, mathematische Optimierungsverfahren, Regelungstechnik und Condition Monitoring benötigt.Zielsetzung des Cluster-Querschnittsprojekts Selbstoptimierung war ein Instrumentarium zur Planung und Entwicklung von selbstoptimierenden Produkten und Produktionssystemen. Dieses soll die Entwickler in den Unternehmen bei der Realisierung von Ansätzen der Selbstoptimierung praxisgerecht unterstützen. Das vorliegende Buch stellt das erarbeitete Instrumentarium mit den entsprechenden Schwerpunkten im Detail vor. Dabei werden die wesentlichen Grundlagen der jeweiligen Fachgebiete gezeigt und die methodische Umsetzung anhand von Praxisbeispielen aus dem Spitzencluster erläutert.

In diesem Buch wird ein Konzept und die Algorithmenentwicklung für ein hierarchisch organisiertes Lastmanagement behandelt. Die Hierarchieebenen sind dabei das Gerät, der Haushalt und das Ortsnetz. Dabei wird ein anreizbasiertes Lastmanagement über einen variablen, 24h im Voraus bekannten Stromtarif verfolgt. Während auf den unteren Hierarchieebenen das primäre Ziel ist, die Kosten zu minimieren, also die Lasten dann zu betreiben, wenn das Energieangebot groß ist, ändert sich die Zielpriorität mit steigender Hierarchieebene hin zur Lastspitzenvermeidung. Ohne dieses zweite Ziel wäre das Ergebnis der vielen Optimierungsprozesse jeweils identisch und es träte eine hohe Lastspitze zum billigsten Zeitpunkt auf. Es wird gezeigt, wie die ablaufende hierarchische Mehrzieloptimierung zu einer deutlichen Lastverschiebung hin zu billiger Energie erfolgt, aber trotzdem eine sehr gute Vergleichmäßigung der Last in diesem Bereich stattfindet.

In this publication a widespread phenomenon is studied: in many usage scenarios modern complex machines show a significant difference between the maximum sustainable performance available in well specified environments and the average performance many users experience in their everyday interaction with the machine. This performance gap appears to be increasing with technical progress and performance of machines.Although this situation is probably well known to many readers -- and very often not so quietly endured -- it was not studied systematically so far. This publication describes the conceptual background of the performance gap in a very general way. It develops a semi-quantitative description and points to approaches to reduce the performance gap in current and future environments. Process executives, engineers and system analysts will hopefully benefit from this approach especially in the dynamic environments envisioned in initiatives like the German Industrie 4.0. In the technology network Intelligent Technical Systems OstWestfalenLippe (short: it’s OWL) around 200 companies, universities, research institutions and organisations have joined forces to jointly shape the innovative leap from mechatronics to intelligent technical systems. Together they develop approaches and technologies for intelligent products and production processes, smart services and the working world of the future. The spectrum ranges from automation and drive solutions to machines, vehicles, automats and household appliances to networked production plants and platforms. This creates a unique technology platform that enables companies to increase the reliability, resource efficiency and user-friendliness of their products and production systems and tap the potential of digital transformation.

Im Zukunftsprojekt Industrie 4.0 stand bisher die Frage im Fokus, was technisch möglich ist. Mit der Digitalisierung der Arbeit rücken allerdings soziale Aspekte der Arbeitsgestaltung verstärkt in den Vordergrund. Gebraucht werden innovative Konzepte für die Arbeit in produzierenden Unternehmen. Im Buch werden die Ergebnisse des Spitzencluster-Projekts »Gestaltung der Arbeitswelt in der Industrie vor dem Hintergrund der Digitalisierung« vorgestellt. Grundlage bildet eine durchgeführte Praxisstudie mit sechs Industrieunternehmen, in der die Herausforderungen einer digitalisierten Arbeitswelt untersucht und Potenziale aufgedeckt wurden. Die Autoren zeigen eine Systematik auf und belegen anhand von Praxisbeispielen, wie sie anzuwenden ist: Von der Definition von Zielzuständen über die Entwicklung und Einführung von Assistenzsystemen bis hin zur Arbeitsgestaltung und Organisationsentwicklung.Entstanden sind vielfältige anwendungsorientierte Methoden zum Umgang mit derzunehmenden Digitalisierung der Arbeit und praktische Leitfäden, um Produktions- und Organisationsprozesse nachhaltig zu verbessern und die Akzeptanz der Mitarbeiter zu erhöhen.Im Technologie-Netzwerk Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe (kurz: it’s OWL) haben sich rund 200 Unternehmen, Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Organisationen zusammengeschlossen, um gemeinsam den Innovationssprung von der Mechatronik zu intelligenten technischen Systemen zu gestalten. Gemeinsam entwickeln sie Ansätze und Technologien für intelligente Produkte und Produktionsverfahren, Smart Services und die Arbeitswelt der Zukunft. Das Spektrum reicht dabei von Automatisierungs- und Antriebslösungen über Maschinen, Fahrzeuge, Automaten und Hausgeräte bis zu vernetzten Produktionsanlagen und Plattformen. Dadurch entsteht eine einzigartige Technologieplattform, mit der Unternehmen die Zuverlässigkeit, Ressourceneffizienz und Benutzungsfreundlichkeit ihrer Produkte und Produktionssysteme steigern und Potenziale der digitalen Transformation erschließen können.

Im Rahmen des Spitzenclusters it's OWL sind in den letzten 5 Jahren technisch innovative Lösungen entstanden, die den Unternehmen einen Wettbewerbsvorsprung ermöglichen. Dieses Know-how abzusichern und gegen Plagiatoren zu schützen, ist Gegenstand des Projekts Prävention gegen Produktpiraterie gewesen.Entstanden sind durchgängige Methodenketten zur Erarbeitung von ganzheitlichen Schutzkonzeptionen, die weit über die isolierten Ansätze konstruktiver Gestaltung des Produktes oder Markierungstechniken hinausgehen.Die Autoren zeigen die Systematik auf und belegen anhand von Praxisbeispielen, wie sie anzuwenden ist: Von der Analyse der Bedrohung, über die Festlegung von Schutzmaßnahmen bis hin zur Gestaltung von Bauteilen mit Hilfe moderner additiver Fertigungsverfahren, die Reverse Engineering erschweren.Das Buch zielt auf Praktiker in der Industrie, die sich mit dem Schutz ihrer Produkte befassen.

Das Buch beinhaltet die Ergebnisse des dreijährigen Verbundprojekts "Separator i4.0" des BMBF-Spitzenclusters it's OWL. Gegenstand des Projekts war die nachhaltige Einbindung von Expertenwissen in die zukunftsweisende Weiterentwicklung und Optimierung von Separationsprozessen. Durch die Entwicklung neuartiger intelligenter Komponenten aus dem Bereich der Sensorik wird es zukünftig möglich sein, Separatoren und die zugehörigen Prozesszusammenhänge zu verstehen und diese ökologisch/ökonomisch optimal auszulegen und zu betreiben. Hierzu wurde ein Instrumentarium bestehend aus Methoden und Lösungen erarbeitet, das darüber hinaus auf analoge Problemstellungen komplexer maschinenbaulicher Anlagen anwendbar sein wird.

Das vorliegende Buch berichtet über einen innovativen Ansatz, die Reaktionsgeschwindigkeit fertigender Unternehmen zu verbessern, indem cloudbasierte Simulationen automatisiert Alternativen für veränderte Maschinenbelegungen und optimierte Bearbeitungsprozesse generieren und vorbewerten. Neben der Darstellung der zahlreichen Technologien und in diesem Anwendungsgebiet erforderlichen wissenschaftlichen Erkenntnisse werden auch grundlegende Voraussetzungen für Geschäftsmodelle andiskutiert und jeweils benötigte Rückwirkungen auf die technischen Teilsysteme ersichtlich.Vor dem Hintergrund von sich schnell verändernden Rahmenbedingungen wird die Fähigkeit fertigender Unternehmen auf kurzfristige Auftragsschwankungen zu reagieren in zunehmenden Maß entscheidend für den zukünftigen Fortbestand und Erfolg produzierender Unternehmen. Ein Beitrag der Industrie 4.0 diese Kompetenz weiter zu stärken besteht in vernetzten Fertigungsanlagen und intelligenten Systemen zur Unterstützung von Planungsprozessen, auf deren Grundlagen jede Auftragsänderung im Unternehmen abgebildet wird.

Dieses Fachbuch beschreibt die Aktivitäten des Spitzenclusters it’s OWL und konzentriert sich hier auf die Nachhaltigkeitsmaßnahmen Internationalisierung und Unternehmensgründungen, die einen entscheidenden Teil zur langfristigen und umfassenden Stärkung des Spitzenclusters und der Region OstWestfalenLippe beitragen. Es gibt somit eine Antwort darauf, wie eine geschaffene Entwicklungsdynamik über eine definierte Dauer hinaus Wirkung ausübt und in dem vorliegenden Fall die Wettbewerbsfähigkeit einer Region nachhaltig unterstützt. Die Perspektive der Autoren erlaubt einen praktischen Einblick in die Tätigkeiten des Spitzenclusters it’s OWL und erweitert somit das Verständnis von Experten und Fachkräften.

In vielen Unternehmen besteht ein steigender Bedarf an betriebsspezifisch gestalteten Softwareanwendungen, um Geschäftsprozesse zu digitalisieren und zu optimieren. Derzeit sind vor allem IT-Fachkräfte gefordert, diese Anwendungen zu entwickeln. Da in Betrieben vielfach ein Mangel an IT-Fachkräften besteht, ist diese Vorgehensweise zumeist mit langen Bereitstellungszeiten verbunden. Durch die Nutzung der Low-Code-Programmierung ist es hingegen möglich, Softwareanwendungen ohne tiefe Programmierkenntnisse mittels einer grafischen Benutzeroberfläche zu erstellen. Der Vorteil: Es können passgenaue Lösungen in kurzer Zeit entwickelt werden, indem sich Beschäftigte aus Fachabteilungen mit ihrem Expertenwissen direkt an der Softwareentwicklung beteiligen. Allerdings fehlt es in vielen Betrieben an Wissen zu den Anwendungsmöglichkeiten und -grenzen dieser Art der Programmierung. Zudem ist es derzeit für potenzielle Anwender oftmals unklar, wie eine anforderungsgerechte Low-Code-Plattform ausgewählt und eingeführt werden kann. In diesem Buch werden daher die Herausforderungen bei der Einführung von Low-Code-Plattformen erörtert und umfangreiche Gestaltungsempfehlungen vermittelt, damit es Betrieben gelingt, die wirtschaftlichen Potenziale der Low-Code-Programmierung zu nutzen.

Dieses Buch stellt neue Strategien, Methoden und Umsetzungsbeispiele vor, mit denen digitale Plattformen zur Realisierung erfolgreicher Geschäftsstrategien im industriellen Mittelstand eingesetzt werden. Digitale Plattformen sind Erfolgsgaranten für viele Weltmarktführer im Konsumgüterbereich. Aber auch der industrielle Mittelstand kann mit ihrer Hilfe neue Geschäftsfelder erschließen und Wettbewerbsvorteile realisieren. In diesem Band zeigen wir auf, warum sich produzierende Unternehmen schon heute in diesem Wettbewerbsumfeld positionieren müssen und welche strategischen Handlungsoptionen existieren. Ein strukturierter Transformationspfad zeigt, wie der industrielle Mittelstand über die Etablierung digitaler Dienstleistungen den Sprung in die Plattformökonomie schaffen kann. Innovative Methoden und Werkzeuge bieten konkrete Hilfestellung, um diesen Transformationsprozess strategisch zu planen und umzusetzen. Zwei ausgewählte Praxisbeispiele zeigen schließlich auf, wie der Einstieg in die Plattformökonomie erfolgreich gelingt.

Die Kompetenzen der Mitarbeitenden sind gerade in wissensintensivenUnternehmen der wichtigste Wettbewerbsfaktor. Viele Unternehmen stehen aktuellvor der Aufgabe, im Zuge der Digitalisierung Kompetenzen erfassen und entwickeln zu müssen.Diese Kompetenzen sollen Beschäftigte befähigen neue Aufgaben zu übernehmenund in sich ändernden Kontexten zu arbeiten. Die Herausforderung betrifft alleMitarbeiter, aber insbesondere auch die Arbeit in (agilen) Teams. Wir stellenein praxisorientiertes Framework für ein prädiktives Kompetenzmanagementfür agile Teams vor, das den Leser in die Lage versetzt, ein digitalesKompetenzmanagement für Unternehmen aufzubauen.