Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Digital Twin
    ( 2019)
    Stark, Rainer
    ;
    Damerau, Thomas
    Definition: A digital twin is a digital representation of an active unique product (real device, object, machine, service, or intangible asset) or unique product-service system (a system consisting of a product and a related service) that comprises its selected characteristics, properties, conditions, and behaviors by means of models, information, and data within a single or even across multiple life cycle phases. Theory and Application: The term digital twin (DT) was coined by Vickers and introduced as ""Mirrored Spaces Model"" concept by Grieves in the first executive Product Lifecycle Management courses at the University of Michigan in 2002 (Grieves 2005, 2014, 2016). The concept of the DT has historically evolved from the aerospace industry and has since then been translated into many areas. This may also be a cause for the fact that there is no uniform accepted scientific definition of the term, yet. Nevertheless, the subject was researched intensively during...
  • Publication
    Implementation of an Energy Metering System for Smart Production
    ( 2019)
    Halstenberg, Friedrich A.
    ;
    Lindow, Kai
    ;
    Stark, Rainer
    Digitization is consecutively changing more and more areas of human living. Many products are designed increasingly ""smart"" and connected to their environment. Not only products but also the necessary production facilities and systems are subject to digital change. The goal is to achieve a wide range of improvements and increase the efficiency and flexibility of the interlinked production systems. In Industry 4.0, important production parameters are measured and monitored with the help of sensors. Based on analyses of those data, adjustments and improvements of the production system can be performed. This paper presents the concept and physical implementation of an advanced energy metering system on a factory demonstrator, the so-called SmartFactory 4.0. It produces beverage coasters, which can be designed freely by the customer in shape, material and colour and is produced directly or remotely through a web application. The SmartFactory 4.0 consists of three production modules, which are connected to one another by means of media and information technology. The advanced energy metering system is designed in order to measure and monitor energy consumptions in various production steps. Those data are compared to previous simulations. Steps for the improvement of the energy efficiency of the SmartFactory 4.0 are derived. This paper presents first test results from the application of the system. For different individualized gravures and two different colours (green and orange) with various depths of the produced beverage coaster, energy consumptions of the production have been metered over time. The measured data are analysed and evaluated, and suitable steps for improvement are given. Finally, this research provides suggestions for scaling the energy metering system to larger production systems, and a systematic procedure for implementation is given. This research constitutes one step in the direction of utilizing the concept of the digital factory twin for the improvement of energy efficiency and sustainability of production systems.
  • Publication
    Industrie 4.0 - Digitale Neugestaltung der Produktentstehung und Produktion am Standort Berlin
    ( 2016)
    Stark, Rainer
    ;
    Damerau, Thomas
    ;
    Lindow, Kai
    Ende 2015 konnten bundesweit rund 449 Forschungs- und Umsetzungsprojekte dem Thema Industrie 4.0 zugeordnet werden. Die großen Herausforderungen bestehen nunmehr einerseits darin, entstandene Partiallösungen, neue Erkenntnisse und Resultate in die flächendeckende und standardisierte Anwendung zu überführen, während anderseits ""weiße Flecken"" identifiziert und konsequent weiter beforscht werden müssen. Das Kapitel stellt innovative Industrie 4.0 Projekte für den realen und digitalen Fabrik- und Produktbetrieb aus dem Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) in Berlin vor und bietet eine Forschungslandkarte zur Einordnung eigener Aktivitäten an. Anhand eines Stufenmodells wird verdeutlicht wie die Implementierung und Operationalisierung des künftig notwendigen Informationsmanagements praktisch gelingen kann. Anhand des zukunftsweisenden Konzeptes der Informationsfabrik wird verdeutlicht, wie mittels des Digitalen Zwillings und Smart Data fortan Effizienz- und Effektivitätsgewinne in der Produktentstehung und Produktion realisiert werden.
  • Publication
    Die Zukunft der unternehmensübergreifenden Produktentwicklung
    ( 2016)
    Neumeyer, Sebastian
    ;
    Hayka, Haygazun
    ;
    Stark, Rainer
  • Publication
    Maintenance, repair and overhaul in through-life engineering services
    ( 2015)
    Uhlmann, Eckart
    ;
    Stark, Rainer
    ;
    Rethmeier, Michael
    ;
    Baumgarten, Jeannette
    ;
    Bilz, Martin
    ;
    Geister, Claudio
    ;
    Graf, Benjamin
    ;
    Gumenyuk, Andrey
    ;
    Grosser, Hendrik
    ;
    Heitmüller, Florian
    ;
    Manthei, Marcel
    ;
    Reinkober, Sascha
    Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) is acquiring increasing commercial and socio-economic significance. For products and goods with high investment costs and a long lifespan, especially in the sectors of energy and transportation, a considerable portion of commercial profits are generated by after-sales services. In the field of research and development, not enough attention has been paid so far to tasks and approaches involving MRO. The field thus has a limited scientific background, despite a high potential in the business sector for technological and scientific optimization. The challenges and chances of MRO for sustainable enterprises will be explained with reference to the Fraunhofer Innovation Cluster Maintenance, Repair and Overhaul in Energy and Transport. The developments and project results of the four fields of innovation »Cleaning«, »Repair and Overhaul«, »Condition Monitoring and Diagnosis«, as well as »MRO Planning and Digital Assistance« will be explained.
  • Publication
    Interdisziplinäre Produktentstehung
    ( 2012)
    Eigner, Martin
    ;
    Anderl, Reiner
    ;
    Stark, Rainer
    Für den wirtschaftlichen Erfolg ihrer innovativen, intelligenten Produkte und Geschäftsmodelle müssen deutsche Unternehmen aufrüsten: Es fehlt interdisziplinär geschultes Führungspersonal, und es fehlen interdisziplinär denkende Fachkräfte. Ebenso mangelt es an einer Methodik zur fachgebietsübergreifenden Entwicklung intelligenter, softwarebasierter Systeme sowie an IT-Werkzeugen zur interdisziplinären Abstimmung und Synchronisation der verschiedenen Fachdisziplinen ("Entwicklungsmethodik 2.0"). Diese Defizite können weder die Industrie, noch die Wissenschaft, noch die Politik allein überwinden. Die Forschungsinitiative für interdisziplinäre Produktentstehung, Smart Engineering, soll eine konzertierte Aktion von Wirtschaft, Wissenschaft und Politik zur Festlegung eines Zukunftsplans für die nachhaltige Ausgestaltung der Kompetenz in Produktentstehung "Made in Germany" werden. Die Initiative hat zum Ziel, die Voraussetzungen für eine auch künftig erfolgreiche Entwicklung innovativer, intelligenter Produkte am Standort Deutschland zu schaffen und Produktentstehung hierfür zu einer Schlüsseltechnologie zu machen. Es sollen konkrete Impulse zur Stärkung der Innovationskraft in Zukunftsbranchen wie dem Maschinenbau, der Automobilindustrie und der Medizintechnik gegeben werden.
  • Publication
    HLB-Entwicklungsmethodik - generischer Entwicklungsprozess, Generierung von Anforderungen und Absicherung hybrider Leistungsbündel
    ( 2012)
    Stark, Rainer
    ;
    Müller, Patrick
    Die Entwicklung von Sach- und Dienstleistungen verläuft heutzutage vorwiegend in getrennten Abteilungen, Entwicklungsprozessen und auch Zeitabschnitten. Ideen und Anforderungen für Sach- und Dienstleistungen werden bisher separat generiert und es gibt auch nur wenige modellbasierte, graphische Methoden, die eine integrierte Betrachtung von Sach- und Dienstleistungen in der Planungsphase neuer hybrider Leistungsbündel (HLB) ermöglichen. Ein Integrationsbedarf, der anhand empirischer Untersuchungen belegt wurde, steht dieser bisherigen Trennung entgegen. In diesem Beitrag wird eine neue HLB-Entwicklungsmethodik vorgestellt, die eine integrierte Entwicklung von Sach- und Dienstleistungen unterstützt. Sie beinhaltet einen generischen HLB-Entwicklungsprozess, der die Basis zur durchgängigen Anwendung neuer, aufgabenspezifischer HLB-Entwicklungsmethoden bereitstellt. So werden in diesem Beitrag auch drei neue Methoden eingeführt. Zwei der Methoden werden in der Planungsphase eines HLBs zur modellgetriebenen, graphischen Generierung von Anforderungen genutzt. Eine dritte dient der Absicherung von HLB-Eigenschaften durch interdisziplinäre Design-Reviews in späteren Entwicklungsphasen. Im Ausblick wird gezeigt, wie der generische HLB-Entwicklungsprozess mit den neuen Methoden in das Projektmanagement der HLB-Entwicklung eingebettet und damit im industriellen Kontext anwendbar gemacht werden kann.