Seit Beginn der Menschheit dient die Natur als Inspirationsquelle für die verschiedensten Themenstellungen. Insbesondere in der Produktentwicklung hat die Nutzung von biologischen Prinzipien und Mechanismen zu eindrucksvollen Resultaten wie zum Beispiel dem Kletterverschluss oder dem Lotus Effekt geführt. Aber nicht nur in der Produktentwicklung, sondern auch in der Produktionstechnik rückt die biologische Transformation immer mehr in den Vordergrund. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung hat beispielsweise eine Fabrik anhand biologischer Funktionen optimiert. Die dabei entwickelte Fabrik ist anpassungsfähig, emissionsfrei und sichert ein intaktes ökologisches und soziales Umfeld. Mit der Biologisierung in der Produktionstechnik wird grundsätzlich die Optimierung der Organisation von Produktionssystemen verfolgt. Zum Einsatz kommen dabei beispielsweise Algorithmen, die auf natürlichen Prozessen beruhen, wie beispielsweise die Schwarmintelligenz. Mithilfe der Bionik soll langfristig die Auslastung in der Produktion erhöht und die Nutzung vorhandener Ressourcen weiter optimiert werden. Diese Zielstellung wird auch mit dem am 01.07.2022 gestarteten Forschungsprojekt „Biologisch-inspirierte nachhaltige Produktion der Zukunft“ (BioSusPro) verfolgt.
Wertschöpfung nachhaltig gestalten
Insbesondere in der industriellen Wertschöpfung ist das Potenzial für biologisch-inspirierte Optimierungen besonders groß. Beispielsweise sind Werkzeugmaschinen in kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) derzeit durchschnittlich nur zu 34 % ausgelastet. In großen Konzernen liegt die Auslastung durch die flexible Zuteilung von Aufträgen bei bis zu 72 %. Der Vergleich belegt, dass insbesondere metallverarbeitende KMU weit von einer nachhaltigen Gestaltung ihrer Wertschöpfung entfernt sind. Grund dafür ist insbesondere die Intransparenz der Wertschöpfungsketten der metallverarbeitenden KMU, in denen häufig mit kleinen bis sehr kleinen Losgrößen gearbeitet wird. Die Produktionsprozesse sind, anders als in der (Groß-)Serienfertigung, als einzelne, nicht verkettete Fertigungsprozesse charakterisiert, die häufig von Lohnfertigern, auch in Niedriglohnländern, ausgeführt werden. Aktuell wird der Lieferantenprozess für diese Lohnfertiger zudem manuell sowie statisch gesteuert.
Ziel des Forschungsvorhabens BioSusPro ist daher, die Wertschöpfungsketten metallverarbeitender KMU hinsichtlich der Zielgröße der Nachhaltigkeit zu optimieren. Unternehmen sollen in Bezug auf ihre Wertschöpfung nicht länger als abgegrenzte Entitäten fungieren, sondern vielmehr als regionale Partner eines Wertschöpfungsnetzwerks agieren. Als solche müssen sie über alle notwendigen Informationen verfügen, um Ressourcen, wie zum Beispiel Maschinen- und Anlagenkapazitäten, flexibel austauschen und intelligent nutzen zu können. Sie sollen zukünftig mit Einzellern vergleichbar sein, die in der Lage sind, sich an Umweltbedingungen anzupassen, untereinander zu einer Zellkolonie zusammen zu schließen und so einzelne Aufträge im Verbund zu bearbeiten. Neben der Erforschung der erforderlichen Grundvoraussetzungen wird dazu ein digitaler Demonstrator entwickelt, welcher als Prototyp dieses bio-inspirierte nachhaltige Wertschöpfungssystem plattformbasiert abbildet.
Zunächst werden die Anforderungen zur selbstgesteuerten Kooperation von metallverarbeitenden KMU sowie zur technischen Umsetzbarkeit der Plattform erhoben. Neben einem Gestaltungsmodell zur Abbildung aller Grundvoraussetzungen auf Basis der biologischen Prinzipien des Einzellers, der Symbiose sowie nach dem Vorbild der Kommunikation der Bienen wird ein Geschäftsmodell für das Netzwerk entwickelt, um die Öko-Effizienz des geplanten Wertschöpfungsnetzwerks sicherzustellen. Die zu entwickelnde notwendige System- und Datenstruktur wird abschließend mithilfe eines Demonstrators in Form einer digitalen Plattform für das nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerk dargestellt.
Zunächst wird das Geschäftsmodell innerhalb des Partnernetzwerks der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie sowie dessen Lieferanten prototypisch umgesetzt und validiert. Die teilnehmenden Unternehmen werden in die Lage versetzt, ihre Anlagenkapazitäten deutlich höher als bisher auszulasten und damit die Nachhaltigkeit ihrer Wertschöpfung zu erhöhen.
Treten Sie gerne mit uns in Kontakt, wenn Sie Interesse an der Gestaltung der biologisch-inspirierten Produktion der Zukunft haben.
