Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen - BMBF
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Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen
Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen
Grußwort Unsere Gesellschaft steht vor großen Herausforde- rungen. Globaler und demografischer Wandel sowie die zunehmende Digitalisierung und Vernetzung ha- ben Auswirkungen auf die Lebens- und Arbeitsbedin- gungen der Menschen. Technische und soziale Inno- vationen werden Produktion und Dienstleistungen weitreichend verändern. Mit dem Programm „Innovationen für die Produk- tion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ wollen wir anwendbare Lösungen finden, um Wertschöpfung und Arbeitsplätze in Deutschland zu erhalten und aus- zubauen, Arbeit wirtschaftlich und sozialverträglich zu gestalten sowie die Produktions- und Dienstleistungs- prozesse effizient und umweltgerecht weiterzuentwi- ckeln. Dabei haben wir in diesem Programm erstmals von Beginn an die Forschung für Arbeit, Produktion und Dienstleistung verzahnt, um den Wirkungsgrad entscheidend zu erhöhen. So können nachhaltige Pro- zessinnovationen entstehen, die Nutzern und Anbie- tern Möglichkeiten für integrierte Komplettlösungen eröffnen. Das vorliegende Forschungsprogramm lädt Unter- nehmen und Forschungseinrichtungen ein, unsere Gesellschaft mit technischem und sozialem Fortschritt aktiv zu gestalten. Es leistet damit einen wichtigen Beitrag, um den Wirtschaftsstandort Deutschland im globalen Wettbewerb nachhaltig zu stärken. Ihr Bundesministerium für Bildung und Forschung
1 Inhalt Forschung für die Innovationen von morgen 2 Hybride Wertschöpfung – Basis für Wohlstand 3 Prozessinnovationen für die Arbeit von morgen 4 Forschung für die Produktion 5 Produktion sichert den Standort 5 Produktionsforschung – neue Herausforderungen, neue Wege 8 Exkurs: Urban Manufacturing – Produzieren in der Stadt 14 Exkurs: Produktionstechnologie an der Grenze 16 Exkurs: Massenproduktion 19 Forschung für Dienstleistung 20 Exkurs: Big Data – Datenmassen als Geschäftsmodell 21 Innovationen mit Dienstleistungen für Zukunftsmärkte 22 Exkurs: Dienstleistung 26 Exkurs: Service-Engineering – Die Formalisierung von Dienstleistungen 29 Aufgaben und Herausforderungen 30 Exkurs: Roboter – Helfer und Kollege 34 Exkurs: Simulation – Virtualisierung von Produktion und Dienstleistung 39 Integrierte Produktions- und Dienstleistungsinnovationen 40 Verknüpfung von Produkt und Dienstleistung in der Anwendung 41 Exkurs: Industrie 4.0 42 IT als Innovationsmotor für Produktion und Dienstleistung 43 Arbeiten – Lernen – Kompetenzen entwickeln 44 Arbeit im Zeichen des demografischen Wandels 45 Arbeitsgestaltung und Kompetenzentwicklung für Produktion und Dienstleistung 46 Vernetzung mit anderen Programmen 47 Demografiestrategie der Bundesregierung 47 Rahmenprogramm Gesundheitsforschung 47 Rahmenprogramm “Forschung für die Nachhaltigkeit (FONA)“ 48 Energieforschungsprogramm der Bundesregierung 48 Die Qualifizierungsinitiative der Bundesregierung - Aufstieg durch Bildung 49 Regierungsprogramm Elektromobilität 49 Europäisierung und internationale Zusammenarbeit 50 Europäische Forschung – Europäische Wertschöpfung 50 Produktion und Dienstleistung international 51 Export von hybriden Produkten 51 Förderpolitische Maßnahmen 52 Grundlagen- und Verbundforschung 52 Pilotmaßnahmen 53 Förderschwerpunkte/Förderrichtlinien 54 Laufzeit und finanzieller Rahmen 54 Glossar 55
2 FORSCHUNG FÜR DIE INNOVATIONEN VON MORGEN
Forschung für die Innovationen von morgen
In allen hochentwickelten Industriestaaten wächst Innovationstätigkeit in Wirtschaft und Gesellschaft zu
der Anteil des Dienstleistungssektors, auch in setzen.
Deutschland. Es ist das produzierende Gewerbe Dabei sollen fünf Ansätze verfolgt werden: Die neue
Strategie nimmt erstens die herausragenden Innovati-
mit einer starken industriellen Basis, die sich als
onstreiber unserer Zeit in den Blick: Digitale Wirtschaft
besonders krisenresistent herausgestellt hat. und Gesellschaft, Nachhaltiges Wirtschaften/Energie,
Die ressourceneffiziente Modernisierung dieses Innovative Arbeitswelt, Gesundes Leben, Intelligente
Sektors, darunter die digitale Verfeinerung der Mobilität und Zivile Sicherheit. Sie schafft zweitens
Produktionstechnik, erscheint mithin als ein neue Instrumente für eine bessere regionale, nationale
effektives Mittel, die Wertschöpfung im Land zu und internationale Vernetzung von Wissenschaft und
Wirtschaft, insbesondere Hochschulen und For-
halten und technischen wie sozialen Fortschritt zu
schungseinrichtungen sollen in ihrer Rolle als Innova-
sichern – Dienstleistungen eingeschlossen.
tionspole gestärkt werden. Die neue Strategie erhöht
drittens die Innovationsdynamik in der deutschen
Die Förderung des industriellen Kerns bedeutet keines- Wirtschaft, insbesondere von kleinen und mittleren
wegs, den Dienstleistungssektor zu ignorieren; neue, Unternehmen. Sie optimiert viertens die Rahmenbe-
bessere Technologien lassen vielmehr auch neue Ser- dingungen des deutschen Innovationssystems. Und sie
viceformen in verschiedenen Qualifikationsstufen zu. bezieht fünftens erstmals die Gesellschaft als zentralen
Obwohl wichtig und nützlich, erfahren insbesonde- Akteur ein. Damit steht die neue Strategie für eine
re personenbezogene Dienstleistungen häufig wenig Innovationspolitik aus einem Guss, die ein optimales
Wertschätzung, werden Professionalisierungsmöglich- Umfeld dafür schafft, dass Ideen zu Innovationen rei-
keiten unzureichend genutzt und ist eine Ausweitung fen und in Wertschöpfung umgesetzt werden können.
prekärer Beschäftigungsverhältnisse festzustellen. Die Forschung muss dabei u. a. folgende Entwicklun-
Bei diesen Arbeitsbedingungen leidet die eigentliche gen berücksichtigen:
Dienstleistungs-Ressource: der Mensch mit seinen Fä- • Die sektorale Unterscheidung zwischen Dienst-
higkeiten, technisch, sozial und organisatorisch Neues leistungen und Produktion verliert zunehmend an
zu schaffen. Trennschärfe.
Unternehmen des produzierenden Gewerbes entwi- • Produzierende Unternehmen erbringen zuneh-
ckeln sich immer mehr zu Anbietern kundenspezifi- mend produktbegleitende Dienstleistungen.
scher Lösungen, die Sachgüter und Dienstleistungen • Vor dem Hintergrund des demografischen Wan-
intelligent verknüpfen. Gefragt sind dabei technolo- dels müssen personenbezogene Dienstleistungen
gische und soziale Innovationen, die neue Dienstleis- weiterentwickelt werden.
tungen für neue Märkte hervorbringen und sich durch • IuK-Technologien ermöglichen eine Neustruktu-
gesellschaftlichen Nutzen auszeichnen. Das macht den rierung von Dienstleistungen bzw. ermöglichen
Standort Deutschland attraktiv und hilft, die großen neue Dienstleistungen, neue Geschäftsmodelle
gesellschaftlichen Herausforderungen zu bewältigen: sowie neue Formen der Kundenintegration in den
im demografischen Wandel Chancen zu erkennen, Wertschöpfungsprozess.
den Umwelt- und Klimaschutz voranzutreiben und die Für die Forschungsförderung, insbesondere für die
soziale Integration zu fördern. stärkere Verzahnung der Forschung für Produktion
Mehr denn je kommt es darauf an, dass aus Neugier und Dienstleistung, bedeutet dies:
Ideen werden und aus guten Ideen zukunftsträchtige • sie unterstützt die Entwicklung innovativer hyb-
Innovationen. Die Bundesregierung wird die Hightech- rider Geschäftsmodelle, die neue zukunftssichere
Strategie daher zu einer umfassenden ressortübergrei- Arbeitsplätze in Deutschland schaffen;
fenden Innovationsstrategie für Deutschland weiter- • sie fördert neue Lösungen der grünen Produktion
entwickeln. Übergreifendes Ziel der neuen Strategie und der Dienstleistungsentwicklung und unter-
ist es, Deutschlands Position im globalen Wettbewerb stützt damit auch die Chancen für eine Ansiedlung
der Wissensgesellschaften weiter zu stärken, Ressour- von Produktionsstätten in urbanen Umgebungen
cen effektiver zu bündeln und neue Impulse für die sowie für nachhaltige Geschäftsmodelle;
FORSCHUNG FÜR DIE INNOVATIONEN VON MORGEN 3
• sie fördert die Gestaltung von Dienstleistungen Das erfordert neue Geschäftsmodelle, bei denen die
und Sachgütern der Zukunft durch die Nutzung Umsätze zunehmend durch den Verkauf produktbe-
von Informations- und Kommunikationstechnolo- gleitender Dienstleistungen erwirtschaftet werden.
gien, z. B. durch internetgestützte Dienstleistungen; Am Ende könnten sogar Modelle dominieren, bei
• sie unterstützt die Forschung zur Arbeitsgestal- denen nur noch die Funktion eines Produkts gekauft
tung, um insbesondere die Herausforderungen, wird. Das Produkt bleibt Eigentum des Herstellers,
aber auch die Chancen, die sich aus dem demogra- der während der Nutzung den Service sicherstellt. Das
fischen Wandel ergeben, aktiv aufzugreifen; kann für medizinisches Großgerät gelten, aber auch für
• sie fördert die Kooperation von kleinen und mitt- Software.
leren Unternehmen (KMU) in horizontalen und Damit solche Modelle gut funktionieren können, sind
vertikalen Netzwerken, um die globale Wettbe- neben dem Kunden alle vorhandenen technischen,
werbsstellung der Unternehmen und ihre Innova- organisatorischen, prozessualen und arbeitsbezogenen
tionsfähigkeit zu stärken. Ressourcen einzubeziehen. Hierfür müssen Forschung
Mit diesen Zielen trägt die Forschungsförderung maß- und Entwicklung dichter an die Arbeits- und Lebens-
geblich dazu bei, Wertschöpfung und Arbeitsplätze in welten heranrücken. Das lässt ein Spannungsfeld
Deutschland zu erhalten und auszubauen, Arbeit wirt- zwischen dem Informationsbedarf der Unternehmen
schaftlich und sozial nachhaltig zu gestalten sowie die und dem Anspruch der Menschen auf Datenschutz
Produktionsprozesse umweltgerecht weiterzuentwickeln. entstehen. Notwendig sind zudem neue Kompetenzen
der Beschäftigten in den Unternehmen – sowohl auf
Hybride Wertschöpfung – Basis für der akademischen Seite als auch im Bereich beruflicher
Wohlstand Qualifikationen. Wenn die Grenze zwischen Sachgut
und Dienstleistung verschwimmt, lassen sich neue
Die Wettbewerbsfähigkeit moderner Volkswirtschaf- Entwicklungen kaum mehr in isolierten Disziplinen
ten hängt mehr und mehr davon ab, dass sie nicht finden. Vielmehr sind Kompetenzen aus den unter-
nur isolierte Produkte anbieten, sondern auch darauf schiedlichsten Fachrichtungen gefragt.
abgestimmte Dienstleistungen – integrierte Problem- Für Dienstleistungen gelten dabei andere Innovati-
lösungen aus einer Hand. Das Zusammenführen von onsmuster als für Sachgüter. Bei Dienstleistungsinno-
Sachgütern und Dienstleistungen zu hybriden Leis- vationen stehen Unternehmensprozesse, Strategien,
tungsbündeln führt zu neuen Wertschöpfungsformen Organisation unter Einbeziehung der jeweiligen Nutzer
und damit neuen Marktchancen. im Mittelpunkt. Dienstleistungsinnovationen bündeln
Produkte werden zu Plattformen, auf denen kunden- verschiedenartige Leistungen zu optimalen Lösungen
spezifische Dienstleistungen nützlich werden können. und sprechen so ganz unterschiedliche Bedarfe an.
Medizinische Großgeräte – Mittelpunkt diagnostischer Mögliche Anwendungsfälle lassen sich in vielen Be-
Dienstleistungen. reichen identifizieren. So werden z. B. bei der Liegen-
schaftsverwaltung (Facility-Management) Immobilien
mit Steuerungstechnik angereichert, medizintech-
nische Produkte können zur kundenindividuellen
Ausgestaltung von Fitnesstrainingsplänen genutzt
werden und Maschinen- und Anlagenbauer verleihen
Maschinen samt Betriebs- und Wartungspersonal. Die
Dynamik dieser Entwicklung wird zunehmend von
einer breiteren Öffentlichkeit wahrgenommen.
Der Wandel hin zur hybriden Wertschöpfung wird
von multiperspektivischen Methoden unterstützt, die
folgende Aspekte berücksichtigen: Vorgehensweisen
und Techniken zur Gestaltung der Kundenorientie-
rung, zur Entwicklung des hybriden Produkts, zur Ge-
staltung von Dienstleistungsprozessen, zur Integration
4 FORSCHUNG FÜR DIE INNOVATIONEN VON MORGEN
Mit der „Open Core“-Schnittstelle können Maschinenhersteller An-
wendungsprogramme mit Java als native Apps umsetzen und Smart
des Kunden bei der Lösungsentwicklung und -erstel- Devices nahtlos in die Automatisierung einbinden.
lung und zur Bildung von Wertschöpfungsketten.
Prozessinnovationen für die Arbeit Vielfaltsmanagement (Diversity-Management) finden
von morgen verstärkt Eingang in den öffentlichen Diskurs. Flexible
Arbeitszeitmodelle, Zusammenarbeit in Gemein-
Der kommende grundlegende Wandel von Wirtschaft schaftsarbeitsplätzen (Coworking Spaces) und Modelle
und Arbeitswelt lässt kaum einen Sektor unberührt; wie quelloffene Software (Open Source), Auslagerung
er betrifft Produkte und Dienstleistungen ebenso wie von Teilaufgaben (Crowdsourcing) und Problemlö-
Produktions- und Arbeitsprozesse, aber auch die diesen sungstechniken (Design Thinking) stellen bestehende
zugrunde liegenden Betriebsstrukturen. Hinzu kom- Formen der Produktion und Arbeitsteilung infrage.
men gesellschaftliche Veränderungen, die durch den Diesen Modellen wird das Potenzial zugesprochen,
demografischen Wandel oder veränderte Wertvor- starre Strukturen in Unternehmen und Verwaltun-
stellungen der Menschen, was etwa ihre erwerbswirt- gen aufzubrechen und für Innovation zu öffnen. Die
schaftliche Tätigkeit angeht, angeschoben werden. Umsetzung dieser neuen Entwicklungen kann große
Allein aufgrund der stetig voranschreitenden Techni- wirtschaftliche Bedeutung erlangen.
sierung befindet sich die Arbeitswelt mit ihren Beschäf-
tigungsaspekten in einem permanenten Prozess des
Wandels. Die Tätigkeitsprofile der arbeitenden Bevöl-
kerung unterliegen ebenso wie die Produktionsbedin-
gungen raschen Veränderungen. Damit verbundene
Themen wie Nachhaltigkeit, Vereinbarkeit von Fami-
lie, Privatleben und Beruf (Work-Life-Balance) oderFORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION 5
Forschung für die Produktion
Deutschlands Wirtschaftsleistung ist wie in Produktion sichert den Standort
keinem anderen westlichen Industrieland auf die
Herstellung von Gütern bzw. von Mitteln zu deren Die Produktion ist Deutschlands Kernkompetenz. Da-
bei geht der Begriff „Produktion“, wie er in diesem Pro-
Produktion ausgerichtet. Die Produktion ist noch
gramm verstanden wird, weit über die reine Fertigung
immer das Rückgrat des deutschen Wohlstands. hinaus. Er umfasst die gesamte Wertschöpfungskette
Diese Stärke wurde über Jahrzehnte aufgebaut und der Produktentstehung von der strategischen Produkt-
gehalten. Auch zukünftig werden wir getreu dem planung und Ideenfindung über die konkrete Pro-
Motto „Stärken stärken“ auf sie setzen. duktentwicklung und die Entwicklung des passenden
Produktionssystems bis zur Herstellung von Produkten
Wichtige Märkte treten global in einen immer schärfer einschließlich Vertrieb und Wartung. Der Betrieb von
werdenden Wettbewerb – neue Wettbewerber drän- Produktionssystemen wird genauso angesprochen wie
gen auf etablierte Märkte, Unternehmen fusionieren; Geschäftsmodelle von Unternehmen. Hinzu kom-
spezifisches Know-how wird gekauft. Anforderungen men der für den Produktverkauf immer wichtigere
der Kunden steigen, Produktqualität und konkurrenz- produktbegleitende Service, eine effiziente Logistik,
fähiger Preis werden vorausgesetzt. Maßgeblich für den Entwicklungen zur Ressourcenschonung sowie das
Markterfolg eines Produktionssystems ist die Effizienz, Recycling im Sinne einer Kreislaufwirtschaft.
mit der es fertigt. Zahlreiche Schwellenländer haben in
den letzten Jahren ihre Infrastrukturen, ihre Bildungs- Wertschöpfung in Deutschland schafft Werte in
systeme und somit die Qualifikation ihrer Arbeitskräfte Deutschland
stark verbessert, wodurch sie die Grundlage für eine
eigene produzierende Industrie geschaffen haben. Erst die Herstellung attraktiver Produkte innerhalb
Auch seiner Rohstoffknappheit wegen ist Deutsch- Deutschlands sichert den entscheidenden Teil der
land in besonderem Maße darauf angewiesen, innova- Wertschöpfung, zu der auch die Pflege des Produk-
tivere, zeitgemäßere Produkte als andere anzubieten. tions-Knowhows gehört. Eine produktionsbasierte
Neben den Anstrengungen der Unternehmen ist inländische Wertschöpfung ist auch die Basis für den
hierfür eine exzellente Forschung mit klarer Anwen- Erfolg der deutschen Industrie auf ausländischen
dungsperspektive nötig. Dieses Förderprogramm des Märkten. Deutschland behauptet seit Jahren seine Po-
BMBF hat folgerichtig das zentrale Ziel, Deutschland sition als eine der führenden Exportnationen der Welt
als Produktionsstandort langfristig und nachhaltig zu – 90 v. H. dieser Exporte sind Produkte des sekundären
sichern und auszubauen. Sektors.
Produktionsforschung schafft die Voraussetzungen
dafür, die Produktion von heute kontinuierlich an die Arbeitsplätze – Sicher durch Produktion und Dienst-
zukünftigen Anforderungen des Marktes, der Um- leistung
welt und der Gesellschaft anzupassen. Nachhaltigkeit
in ihrer ökonomischen, ökologischen und sozialen Das verarbeitende Gewerbe erwirtschaftet in Deutsch-
Dreigliedrigkeit ist dabei der entscheidende Maßstab, land knapp ein Viertel des Bruttoinlandsproduktes
an dem sich die Produktion von morgen messen lassen (BIP) und beschäftigt etwa 7,7 Millionen Menschen
muss. Hierfür leisten Forschung und Entwicklung in direkt. Hinzu kommen über sieben Millionen Arbeits-
Deutschland einen herausragenden Beitrag. Das BMBF plätze für Dienstleistungen, die eng mit dem verarbei-
sieht in der Produktionsforschung einen Schlüssel zur tenden Gewerbe verknüpft sind, beispielsweise in der
Lösung der gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Logistik, in Ingenieurbüros, in der Unternehmensbera-
Herausforderungen sowie einen Ansatz zur Umsetzung tung oder der EDV-Unterstützung.
der prioritären Zukunftsaufgaben bei der Weiterent- Im Unterschied zu anderen Industrienationen hat
wicklung der Hightech-Strategie der Bundesregierung. sich Deutschland seine starke Industrie erhalten – ein
ganz wesentlicher Grund für den breiten Wohlstand.6 FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION
Airbus Standschwingversuche zur Ermittlung des Belastungsverhal-
tens der Flügel Mittelständische Unternehmen – Garanten für Inno-
vation und Wachstum
Den starken Kern von Deutschlands Produktionsin- Einen hohen Stellenwert für Wachstum und Beschäf-
dustrie bilden der Automobilbau, der Maschinenbau, tigung haben mittelständische Unternehmen, die über
die Elektroindustrie, die chemische Industrie und die 90 v. H. der produzierenden Betriebe in Deutschland
Herstellung von Metallerzeugnissen. Hier ist rund die ausmachen. Die traditionellen Stärken des Mittelstands
Hälfte der Arbeitsplätze des verarbeitenden Gewerbes – Flexibilität und Innovationskraft – machen ihn zu ei-
in Deutschland angesiedelt. Basis für die innovative
und wettbewerbsfähige Produktion in diesen und Laserschweißen: Modernste Bearbeitungsverfahren sind ein Kenn-
anderen Industriezweigen sind qualifizierte Fachkräfte zeichen des deutschen Maschinenbaus.
und eine moderne, hochproduktive Fabrikausrüstung.
Ausrüster der Welt
Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau garan-
tiert mit seinen rund 930.000 Beschäftigten und einer
Exportquote von mehr als zwei Dritteln maßgeblich
Deutschlands Position als führender Weltlieferant von
Produktionstechnologien und damit von „Produktivi-
tät“. Damit nimmt die Produktion einen ersten Rang
bei der Zukunftssicherung Deutschlands ein und bildet
folgerichtig eine der tragenden Säulen der Weiterent-
wicklung der Hightech-Strategie der Bundesregierung.FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION 7
ner tragenden Säule der deutschen Industrie. Vor allem Produktionsforschung als Chance für die Zukunft
in den technologieorientierten Branchen des verarbei-
tenden Gewerbes finden sich viele „Hidden Champi- Die Produktionsforschung hat den Anspruch und
ons“, weitgehend unbekannte Unternehmen, die auf die Aufgabe, eine bedarfsgerechte Ausrüstung für
ihrem Spezialgebiet weltweit technologisch führend Fertigungs- und Verfahrensprozesse, Wissen für gut
sind. Sie reagieren in der Regel besonders schnell auf ausgebildete Beschäftigte, geeignete Organisationsfor-
sich verändernde Marktbedürfnisse und entwickeln men für moderne Unternehmen und die „Fabriken der
neue Technologien rasch zur Anwendungsreife. Das Zukunft“ als eigenständige Schlüsseltechnologie bereit-
macht sie besonders wertvoll für eine prosperierende zustellen. Mit ihrer Hilfe werden Produkte und Dienst-
Innovationskultur und nachhaltiges Wachstum. leistungen menschengerecht, umweltfreundlich und
wettbewerbsfähig entwickelt und unter Berücksichti-
Produzieren mit System – Chancen und Herausfor- gung von ökonomischen, ökologischen und sozialen
derungen Aspekten hergestellt. Um aus Wissen Wert zu schöpfen,
werden in der Produktionsforschung Mensch, Technik
Der dynamische Wandel im globalen Umfeld und die und Organisation ganzheitlich betrachtet.
Konkurrenz aus Industrie- und vor allem Schwellen-
ländern stellen die deutsche Produktionstechnologie Erfolge nutzen
einerseits vor immer neue und wachsende Heraus-
forderungen, bieten ihr andererseits aber auch große Mit diesem Programm setzt das BMBF den erfolg-
Chancen auf neuen Märkten. Um diese Chancen zu reichen Weg der Programmlinien „Forschung für
nutzen, sind marktfähige Produkte, Produktionssys- die Produktion von morgen“ und „Innovationen mit
teme und Dienstleistungen, eine neue Balance lokaler Dienstleistungen“ konsequent fort. Dabei werden
und überregionaler Wertschöpfung und Methoden zur interdisziplinäre Verbünde und eine enge Zusammen-
Steuerung globaler Prozessketten erforderlich. Zusätz- arbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft gefördert.
lich verlangen knapper werdende Rohstoffe neue Recyc- Produktions- und Dienstleistungsforschung schaffen
lingtechnologien und die Entwicklung von Verfahren damit die Voraussetzungen für die notwendigen Inno-
zur Bearbeitung von Substitutionswerkstoffen. Immer vationssprünge, die auch in Zukunft den Wohlstand
individuellere Kundenwünsche und kürzere Produkt- Deutschlands sichern.
lebenszyklen erfordern darüber hinaus Strategien und
Systeme zur Beherrschung des Spannungsfeldes zwi- Herausforderungen annehmen
schen wachsender Komplexität und kürzeren Reakti-
onszeiten. Lösungen zu prioritären Zukunftsaufgaben wie
Auch der demografische Wandel bietet Chancen in nachhaltiges Wirtschaften oder intelligente Mobilität
der Entwicklung und Produktion neuer Produkte und erfordern die Entwicklung neuer Produkte und Dienst-
Dienstleistungen für das wachsende Marktsegment leistungen. Geeignete Produktionskonzepte sind eine
für Ältere. Er erfordert aber auch alters- und alternsge- Voraussetzung, dem zukünftigen gesellschaftlichen
rechte Produktionssysteme und Personalkonzepte mit Bedarf nach neuen Lösungen nachkommen zu können.
einer begleitenden Produktions- und Dienstleistungs- Seine Innovations- und Kompetenzführerschaft
forschung. ermöglicht es Deutschland, Standards und Normen für
Die Produktpiraterie ist eine ernste Bedrohung der neue Produkte, Prozesse und Methoden aktiv vor-
Wettbewerbsfähigkeit des verarbeitenden Gewerbes anzutreiben. Damit können deutsche Unternehmen
in Deutschland. Gleiches gilt für den Maschinen- und ausdifferenzierte Organisationssysteme gestalten, mit
Anlagenbau. Angesichts der Schlüsselposition dieser denen sie besser auf die zunehmende Komplexität in
Industrie ist es notwendig, wirkungsvolle Mechanis- der Produktion und sich verkürzende Produktlebens-
men für den präventiven Schutz zu erforschen und den zyklen reagieren können.
betroffenen und gefährdeten Unternehmen zugänglich
zu machen.8 FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION
Produktionsforschung – neue He-
rausforderungen, neue Wege
Eine zeitgemäße Produktionsforschung muss dem
Bedarf der industriellen Produktion immer einen
Schritt voraus sein und den immer wichtiger werden-
den produktbegleitenden Service (Service Value), die
Entwicklung neuer Geschäftsmodelle, eine effiziente
Logistik sowie das Recycling im Sinne einer Kreislauf-
wirtschaft berücksichtigen. Dabei wäre der Fokus allein
auf die Hightech-Produktion von Hightech-Produkten
zu kurz gegriffen. Hochwertige Produktionstechno-
logie ist auch bei der kosteneffizienten Herstellung
einfacher Produkte in großen Stückzahlen hilfreich.
Wesentliche Erfolgsfaktoren sind in beiden Bereichen
die intelligente Nutzung von Technik und Automati-
sierung, die Integration verschiedener Technologien,
Produkterfassung mit RFID. Alle Daten fließen zu einer zentralen
effiziente Prozesse und qualifizierte Mitarbeiterinnen Sammelstelle und werden dort verarbeitet.
und Mitarbeiter.
Projekte, die im Rahmen des Programms gefördert
werden, müssen deshalb drei Voraussetzungen erfüllen: und kürzere Produktlebenszyklen. Geeignete Materia-
• sie orientieren sich am gesellschaftlichen Bedarf, lien und Vorprodukte – dazu gehören auch Daten
• sie greifen aktuelle Herausforderungen für produ- und Informationen – müssen dementsprechend zum
zierende Unternehmen auf und richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort einsatzbereit sein.
• sie nutzen Ergebnisse anderer Schlüsseltechnolo- Die Komplexität der Produktion und damit auch die
gien für die Entwicklung neuer Produkte, Verfah- Komplexität der Steuerung von Produktionssystemen
ren und Dienstleistungen. hat deutlich zugenommen. Herkömmliche Steue-
rungsarchitekturen setzen derzeit allerdings noch feste,
Produktion der Zukunft gestalten definierte Prozesse voraus, die genau planbar und in
festgelegten Schritten realisierbar sind. Den künftigen
Die fortschreitende Vernetzung technischer Systeme Anforderungen an Wandelbarkeit und Dynamik genü-
durch Informations- und Kommunikationskanäle gen solche Steuerungssysteme nicht mehr.
beflügelt auch die Produktion. In Zukunft werden Für die Lösung dieser Steuerungsproblematik bietet
Maschinen und Produkte im Internet eigene Adres- sich das Internet an. Die Nutzer des Internets können
sen haben und miteinander kommunizieren (Cyber- fast uneingeschränkt miteinander kommunizieren
Physische Systeme). Reale Produktionsprozesse können oder neue Geräte – auch mobile – nahezu beliebig
so durch das Internet der Dinge, also die Vernetzung an das Internet anschließen und wieder von diesem
von Maschinen und Produkten, virtuell abgebildet und trennen. Ermöglicht wird das durch den dezentralen
gesteuert werden. Aufbau des Internets und die Fähigkeit der Kompo-
nenten, sich in ihrem Verhalten mit anderen Kompo-
Produktion intelligent vernetzen nenten zu koordinieren. Eben diese Fähigkeiten werden
auch benötigt, um eine wandlungsfähige Produktion,
Produktions- und Logistikprozesse sind einem per- also eine schnelle Anpassung von Organisation und
manenten Wandel unterworfen. Produkte werden im Technik an sich verändernde Situationen, gestalten zu
Zuge einer stetigen Anpassung und Individualisierung können. Das heißt, dass Maschinen künftig kognitive
sowohl im Konsum- als auch im Investitionsgüterbe- Fähigkeiten entwickeln müssen, also die Fähigkeit,
reich in immer mehr Variationen hergestellt. Hinzu Informationen wahrzunehmen, daraus Erkenntnisse
kommen nicht vorhersehbare Bedarfsschwankungen abzuleiten und Verhaltensänderungen zu realisieren,FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION 9
sich zu erinnern und so zu einem „Internet der Dinge“ Produktions-Know-how schützen
vernetzbar zu werden.
In der sogenannten „Fabrik der Zukunft“ werden Know-how-Schutz und Informationssicherheit spielen
mit Blick auf unternehmensübergreifende Produk- bereits heute eine große Rolle und werden im Zuge der
tions- und Logistikprozesse neue Formen der Mensch- Digitalisierung der Produktion weiter an Bedeutung
Maschine-Interaktion eine wichtige Rolle spielen. Bei gewinnen. Mit der Digitalisierung steigt der Bedarf an
ihnen steht der Mensch im Mittelpunkt der Interakti- Informationssicherheit zum Schutz geschäftsrelevan-
on; er wird durch industrielle Assistenzsysteme opti- ter Daten über Fertigungsprozesse und -technologien,
mal unterstützt. Diese können ihn sowohl kognitiv als über Produkte sowie über Transaktionsdaten. Die
auch physisch entlasten. Sie reagieren dabei nicht mehr Entwicklung einer solchen Infrastruktur und der dazu-
nur auf Eingaben per Maus, Tastatur oder Touchscreen, gehörenden offenen Standards als Basis für sichere und
sondern auf alle Sinne der Akteure. So wird eine mul- zuverlässige Geschäftsprozesse im Internet der Dinge
timodale Interaktion via Gestik, Mimik, Sprache oder wird weiter vorangebracht.
biometrische Signale möglich. Diese Veränderungspro- Unterstützt werden Projekte, die
zesse sind sowohl mit großen technologischen als auch • durchgängige Informationssysteme zur Planung
gesellschaftspolitischen Fragestellungen verbunden, und Steuerung der Produktion entwickeln,
die es befriedigend zu beantworten gilt. • Kognition in der Produktion fördern oder
• Know-how-Schutz auf dynamischen Märkten
gewährleisten.
Vernetzte Welt - die technische Entwicklung läuft auf eine Art
omnipräsenten Nebel aus elektromagnetischen Signalen hinaus, der
Neuen Produkten und Technologien zum Durch-
nahezu unbegrenzte Informationsflüsse ermöglicht, die auch die bruch verhelfen
industrielle Realität verändern.
Produktforschung sorgt neben anderem für einen
kontinuierlichen Dialog der verschiedenen Disziplinen
und Technologien und eine Umsetzung von Ergebnis-
sen der Grundlagenforschung mit neuen Technologien
in marktfähige Produkte. Dies gilt beispielsweise für die
Bereiche der Verbundwerkstoffe, in dem neue Ferti-
gungs- und Prüfkonzepte entwickelt werden müssen
oder für den Bereich der Nanomaterialien, die im
großen Maßstab produzierbar sein müssen.
Intelligente Produktion als Treiber von Innovationen
Eine große Herausforderung für die Unternehmen von
heute besteht darin, den individuellen Bedarf der Kun-
den nach Produkten und Produktionstechnik weltweit
zu erkennen und zu verstehen. Deutschland wird in
Zukunft noch stärker als bisher exportorientiert han-
deln müssen, da gerade die Absatzmärkte im Ausland
hervorragende Wachstumschancen bieten.
Um sie zu nutzen, verbessert dieses Programm
die Grundlagen für neue Produkte, Verfahren und
Dienstleistungen. Es ermöglicht die Unterstützung
interdisziplinärer und gemeinschaftlicher Projekte,
die Innovationsprozesse merklich beschleunigen. Es
gestattet auch die Einbindung externer Kompetenzen10 FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION
Durchgehend digitale Produkt- und Produktionsmodelle ermög-
lichen künftig die individuelle, flexibel und zugleich preisgünstige der Produktionsprozesse für neue Produkte heraus,
Produktion. dass diese so nicht oder nur mit einem erheblichen
Aufwand herstellbar sind. Das führt zu zusätzlichen
in den Entwicklungsprozess, beispielsweise im Sinne Modifikationen und damit zu Zeitverlust und steigen-
von „Open Innovation“, also die bewusste Öffnung den Kosten.
des Entwicklungsprozesses über die Grenzen eines Unterstützt werden folgerichtig solche Projekte, die
Unternehmens hinaus. Kreativitätstechniken werden Methoden und durchgängige Simulationswerkzeuge
so weiterentwickelt, dass sie allen an der Produktent- entwickeln, mit denen Produkt, Produktionsprozess,
wicklung beteiligten Fachdisziplinen gleichermaßen Produktionssystem und der gesamte Produktlebens-
zur Verfügung stehen. zyklus in einem virtuellen Modell abgebildet werden.
Auch die Herstellung realer Prototypen ist oft zu
Schneller von der Idee zum Produkt langsam und zu teuer. Daher werden vorhandene Ra-
pid-Technologien weiterentwickelt und neue Lösungs-
Wer den globalen Wettbewerb erfolgreich bestehen ansätze gesucht. Darüber hinaus werden Methoden
will, muss vor allem schnell und innovativ sein. Das gefördert, mit denen sich Entwicklung und Erprobung
setzt auch neue Geschäftsmodelle voraus, die parallel eines Produkts für den gesamten Lebenszyklus nahezu
zu neuen Produkten entwickelt werden. So müssen die vollständig virtuell abbilden lassen.
Unternehmen in Deutschland die Zeit, die ein neues
Produkt von der Idee bis zur Auslieferung benötigt, Intelligente Maschinen und Anlagen entwickeln
deutlich verkürzen. Ein bedeutender Hemmschuh bei
der Entwicklung eines Produktes ist die oftmals gerin- Maschinen und Anlagen haben je nach Anforderun-
ge Abstimmung der verschiedenen von den beteiligten gen an Prozesssicherheit, Produktqualität oder Res-
Disziplinen eingesetzten „Arbeitsinstrumente“ aufei- sourceneffizienz und in Abhängigkeit von Umgebungs-
nander. Sie führt immer wieder zu zeitaufwendigen bedingungen spezifische Prozessparameter zu erfüllen.
Doppelarbeiten, Redundanzen und Fehlern bei der Eine intelligente Produktionstechnik überwacht die
Technologieintegration. Produkt- und Produktionssys- Prozessstabilität selbstständig in Echtzeit. Sie identifi-
tementwicklung erfolgen heute noch zu isoliert. Viel zu ziert die geeigneten Prozessparameter und regelt bzw.
häufig stellt sich daher erst bei Planung und Auslegung konfiguriert sich dementsprechend.FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION 11
Der wirtschaftliche Betrieb der intelligenten Maschi- Grün und urban produzieren
nen und Anlagen möglichst nahe am Prozesslimit darf
nicht zu Lasten der Prozessstabilität und Verfügbar- Der sparsame Umgang mit Energie und materiellen
keit gehen. Hierfür sind entsprechende Konzepte und Ressourcen ist für die Produktion von morgen zwin-
Strategien zu entwickeln und umzusetzen. Gleichzeitig gend. Von moderner Technik begleitet, bedeuten
sollte eine neue Generation von konkurrenzfähigen Einsparungen auf diesem Feld aber keinen Verzicht auf
Maschinen für den preiselastischen Markt der Stan- Lebensqualität, ganz im Gegenteil: Durch neue, emis-
dardanwendungen entwickelt werden. sionsarme Produktionsverfahren wird es wieder mög-
Intelligente Produktionstechnik erfordert außerdem lich, Produktion in Ballungsräumen anzusiedeln und
die permanente Weiterentwicklung der klassischen damit die heute meist weiten Wege zwischen Produkti-
Fertigungstechniken, um eine hohe Wirtschaftlichkeit onsort und Wohngebiet zu verkürzen. Dadurch werden
für unterschiedliche Stückzahlen zu erreichen. freundliche und effiziente neue Produktionsstrukturen
Unterstützt werden Projekte, die im produzierenden Gewerbe gefördert.
• intelligente Maschinen und Anlagen entwickeln, Zu einer modernen, grünen Produktion gehört eine
• intelligente Produkte und Produktionssysteme sinnvolle Kreislaufwirtschaft. Viele Produktionsverfah-
ganzheitlich simulieren, ren verwenden Rohstoffe, deren wirtschaftlich ge-
• Methoden zur Erhöhung der Prozessstabilität winnbare Vorkommen endlich sind. Früher oder später
konzipieren. müssen sie ersetzt, geeignete Alternativen gefunden
und deren Verarbeitungstechniken erforscht werden.
Wolframmaterialien, einige seltene Erden etc. könnten
sich in den nächsten Jahrzehnten so verteuern, dass
Substitutionsprozesse und -werkstoffe erforderlich
Verdichtung als Vorteil: Mit neuen effizienten und eleganten Techni-
ken können Städte zu kreativen, umweltverträglichen Produktions- werden. Für eine ganze Reihe von Werkstoffen sind
stätten werden.12 FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION
Die Stadt hat viele Flächen zum Sammeln von Energie: PV-Installa-
Eigenschaftsverbesserungen nach dem Vorbild der tion an der Bonner Kennedybrücke macht Strom für 20 Haushalte.
Natur (Bionik) denkbar. Jetzt schon gibt es Hightech-
Kleber (der Miesmuschel abgeschaut), die unter Wasser
abbinden, faserverstärkte Kunststoffe usw. Zur Hebung nen gefertigte Produktspektrum oftmals noch bevor
dieses Potenzials ist spezifisches Wissen einerseits über die Lebensdauer der Baugruppen und Komponenten
die Natur und andererseits aus den jeweiligen Anwen- erreicht ist. Werden Baugruppen und Komponenten
dungsdisziplinen nötig. beispielsweise mit einem RFID-Chip ausgestattet, der
Bei der Entwicklung neuer Prozesse und Anlagen Informationen über die Nutzung speichert, wird ihre
muss zukünftig von vornherein eine effiziente Mate- Wiederverwendung wirtschaftlich.
rialtrennung zur besseren Rückgewinnung eingeplant
werden. Im Sinne einer Kaskadennutzung müssen Energiesysteme modernisieren: Verbrauch reduzie-
darüber hinaus Reststoffe aus der Produktion als ren – energieautark produzieren
Energiequelle für nachfolgende Prozessschritte oder als
neue, gleichwertige Rohstoffe nutzbar sein. Dahinter Um eine quasi energieautarke und emissionsfreie
steht die Idee, sowohl die eigentlichen Produkte und Produktion zu erreichen, werden intelligente Prozess-
deren Baugruppen und Einzelteile als auch Neben- und überwachungs- und Regelungsstrategien sowie ener-
Koppelprodukte in möglichst vielen Nutzungspha- gie- und ressourceneffiziente Fertigungstechnologien
sen im Sinne einer Kreislaufwirtschaft zu verwenden. und Produktionssysteme gefördert. Diese erhöhen die
Produkte, Baugruppen, Einzelteile sowie Neben- und Prozessstabilität und reduzieren Ausschuss und Nach-
Koppelprodukte, die Kunden nicht mehr nutzen und arbeit. Damit wird der Wirkungsgrad der Produktion
zurückgeben, müssen aufgearbeitet und nicht – wie das verbessert. So entstehen „grüne Fabriken“.
heute oft noch der Fall ist – bis auf Wertstoffebene zer- Knapper werdende fossile Energieressourcen und
legt werden. So gehen wertvolle nutzbare Komponen- klimapolitische Zielsetzungen erfordern verstärkte
ten wie zum Beispiel Getriebe, Antriebseinheiten oder ingenieurtechnische Anstrengungen bei der Entwick-
Fördereinrichtungen nicht verloren. Insbesondere bei lung von Anlagentechnik für die Energiebereitstellung
Sondermaschinen ändert sich das auf diesen Maschi- sowie bei der Produktion von Energiespeichersyste-FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION 13
Produktion im städtischen Umfeld geschehen. Produk-
men. Hier entsteht ein breites Tätigkeitsfeld für die
tionstätigkeiten dürfen keine größeren Belastungen für
Produktionstechnik.
das Umfeld bringen als modernes Wohnen. Nur so wird
Die Produktion von Großbauteilen, wie sie beispiels-
das Ziel einer CO2-neutralen, energieeffizienten und
weise in Windkraftanlagen oder bei Energiespeichern
klimaangepassten Stadt erreichbar.
benötigt werden, wandelt sich aufgrund steigender
Stückzahlen weg von einer Werkstätten- hin zu einer Vor dem Hintergrund einer zunehmenden Urbani-
Serienfertigung. Ein Treiber für diese Entwicklung ist sierung werden daher Konzepte für die lokale, urbane
die zunehmende Nachfrage im Bereich erneuerbarer Produktion, gegebenenfalls auch im Kontext von
Energien. Die Übertragung bestehender Methoden und „Mega Cities“, entwickelt und umgesetzt. Alle techni-
Konzepte zur Serienfertigung von kleinen auf große schen Rahmenbedingungen bezüglich Lärm, Abgas,
Bauteile ist allerdings nicht immer problemlos mög- Abfall, CO2-Emission und Wasser/Abwasser müssen
lich. Durch die Optimierung der Maschinen, Prozesse ebenso gründlich geplant werden wie die architekto-
und der Arbeitsumgebung sowie durch geeignete nische Einbindung in das direkt benachbarte Wohn-
Automatisierungslösungen können Skaleneffekte bei umfeld. Innovative Produktionstechnologien können
gleicher Flexibilität realisiert werden. es ermöglichen, großvolumige Produktion verstärkt in
städtischem Umfeld zu verankern. Eine solche urbane
Leben und arbeiten in der Stadt Produktion mit ihren energieverbrauchsoptimierten
und energieautarken Produktionsstätten ergänzt sich
Emissionsreduktion kommt aber auch in einem ande- mit der grünen Produktion, da sie ökologisch und öko-
ren Zusammenhang ins Spiel: Sie ist unabdingbar für nomisch sinnvoll ist.
eine urbane Produktion, nicht nur im Sinne einer auf Unterstützt werden Projekte, die
globaler Ebene relevanten CO2-Armut, sondern bei- • energie- und ressourceneffiziente Produktions-
spielsweise auch den Lärmschutz betreffend. Nur wenn technologien entwickeln,
Emissionen weitgehend vermieden werden, kann eine • den Übergang von einer linearen hin zu einer
Kreislaufwirtschaft beschleunigen oder
• neue Produktionstechnologien und -systeme für
Mittlerweile versuchen viele Großstädte, ihren „ökologischen Fußab- Energiesysteme erforschen.
druck“ zu verkleinern: Federation Square in Melbourne, Australien.14 FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION Urban Manufacturing – Produzieren in der Stadt Moderne Produktionstechniken sind großenteils so tige Elektromotoren der Leistungsklasse zwischen 0,5 schonend und umweltverträglich geworden, dass sie und 7 kW. Ein neues Startup hat sich hier mit neuen sogar in einem städtischen Umfeld angesiedelt werden Konzepten hervorgetan, die den Antrieb für einen können. Das hat für Produzenten viele Vorteile; die Motorroller im Volumen einer Coladose unterbringen, Stadt ist verdichtet, die Wege sind kurz; es sind viele bei höchstem Wirkungsgrad, geringem Gewicht und andere kleinere Firmen erreichbar, mit denen man allen anderen Vorzügen, die ein guter Elektromotor kooperieren kann. In einer anregenden Umgebung bietet. Motorroller sind in asiatischen Städten, auch in sprudeln die Ideen besser; die Wahrscheinlichkeit, Rom, beliebte Verkehrsmittel, deren Zweitaktmotoren Leute mit verschiedenen, sich ergänzenden Fähigkei- freilich die Atemluft verpesten. Eine Elektro-Vespa ten zusammen zu bekommen, ist einfach größer usw. wäre hier hochwillkommen. Studien in den USA, die eine Re-Industrialisierung Für die urbane Wertschöpfung müssten einige anstreben, kommen außerdem zu dem Schluss, dass Nachteile des städtischen Raumes kompensiert wer- kleine städtische Produzenten produktiver sind und den, etwa der ständige Mangel an Platz. Dem würde bessere Löhne zahlen als große Arbeitgeber. eine vertikale Fabrik gerecht, die sich über mehrere Alle Vorzüge zusammen genommen lassen in der Stockwerke erstreckt. Auch der Güterverkehr wäre zu heutigen technischen Umgebung erwarten, dass kleine, überdenken, so könnten öffentliche Verkehrsmittel für städtische Fertigungseinheiten künftig große Produk- die Unternehmenslogistik bereitgestellt werden (Cargo- tionsstätten für den Weltmarkt ergänzen. Das Ideal Tram), ebenso unternehmensübergreifend genutzte urbanen Produzierens freilich sind kleine, dezentra- Warenumschlagplätze und Verkehrsleitsysteme. le Produktionseinheiten für den lokalen Markt. So Mit der stetig steigenden Ertragskraft photovoltai- werden 3D-Drucker die Fertigung kleiner, individu- scher Paneele wird auch die Eigenstromerzeugung über eller Serien von Gegenständen des täglichen Bedarfs Dach und Fassade immer attraktiver, auch vertikale gestatten, aber auch Materialien für die Photonik oder Windräder schaffen nennenswerte Erträge, kurz: In der Prototypen fortschrittlicher Konzepte wie neue elektri- Stadt steckt viel mehr Potenzial als vermutet. sche Antriebe. Die Stadt – insbesondere, wenn sie über entsprechende Bildungseinrichtungen verfügt – hat ein 4.000 Watt aus dem Volumen einer Coladose werden mit neuen quirliges Potenzial für Innovationen wie etwa neuar- Elektromotorkonzepten möglich.
FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION 15
Die Mobilität der Zukunft produzieren
Autos zu bauen, gehört zu den traditionellen Stärken
des Industriestandortes Deutschland. Damit dies auch
künftig so bleibt, müssen jetzt die Weichen für eine
menschen- und klimafreundlichere Mobilität gestellt
werden. Um unter dieser Bedingung bezahlbare, leis-
tungsfähige und alltagstaugliche Fahrzeuge zu können,
sind jedoch noch große Anstrengungen notwendig.
Elektromobilität – mit neuen Technologien Kern-
komponenten wirtschaftlich fertigen
Elektromobilität ist ein Schlüssel zu einer klimafreund-
lichen Umgestaltung der Mobilität. Sie ist Chance und
Herausforderung, die Spitzenposition Deutschlands als
Industrie-, Wirtschafts-, Wissenschafts- und Technolo-
Im Konzeptfahrzeug „Colibri“ können sich neue Elektromotoren
giestandort weiter auszubauen. Mit neuen Materialien, bewähren.
Produkten, Dienstleistungen und Geschäftsmodellen
werden Wertschöpfungspotenziale der Elektromobi-
lität genutzt. Kernkomponenten wie Energiespeicher,
Antriebssysteme und Leichtbaukomponenten müssen geeignete innovative Fertigungstechnologien und
wirtschaftlich auf innovativen Maschinen und Anlagen Prüfverfahren notwendig. Priorität hat die Entwick-
gefertigt werden. lung effizienter Fertigungsverfahren und Produktions-
Gefördert werden Projekte, die Ausrüster- und An- ausrüstungen für Bauteile aus höchstfesten Werkstof-
wenderindustrien näher zusammenbringen. Dadurch fen, Verbundwerkstoffen, Multimaterialsystemen und
werden gemeinsame Entwürfe von Fertigungsstraßen nachwachsenden Rohstoffen.
und Produktionsvernetzungen ermöglicht, die Er- Insbesondere der Automatisierung bei der Fertigung
kenntnisse für eine wirtschaftliche Serienfertigung von Bauteilen aus nicht formstabilen und daher schwer
liefern. Die gemeinsame Entwicklung von Pilotanlagen, zu handhabenden Materialien kommt eine große
die ein komplettes Design für Produktionsstraßen von Bedeutung zu. Nur so lassen sich diese wirtschaftlich
Elektrofahrzeugen entwerfen, ist dafür ein geeignetes in großen Serien einsetzen. Großserientaugliche und
Mittel. ressourceneffiziente Herstellungs- und Demontagepro-
zesse sind wesentliche Bedingungen für eine ganz-
Nachhaltige Mobilität – Technologiekompetenzen heitlich nachhaltige Elektromobilität. Hier gilt es, die
sichern erhebliche batteriebedingte Massezunahme in Bezug
auf Fahrdynamik und Kosten zu kompensieren.
Gesellschaftliche Herausforderungen wie die Ver- Gefördert werden Projekte, die
knappung der Ressourcen, aber auch die Forderung • Wertschöpfungsketten und Produktionstechno-
nach Leichtbaukomponenten zur Energieeinsparung logien für nachhaltige Mobilität in Deutschland
erfordern neue Werkstoffe und Werkstoffkombina- sichern oder
tionen. Diese sind teils – etwa für hoch beanspruchte • Hochleistungsfertigungsverfahren für Kunststoff-
Flugzeugteile – vorhanden oder werden in der Grund- und Metallverarbeitung entwickeln.
lagenforschung entwickelt. Häufig fehlen jedoch Bear-
beitungsverfahren, um die wachsende Materialvielfalt
wirtschaftlich einsetzen zu können. Für den breiten
Einsatz von Hochleistungswerkstoffen, unter anderem
im Fahrzeugbau oder bei der Energieerzeugung, sind16 FORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION
Produktionstechnologie an der Grenze
Die Entwicklung der Technologie und auch der Pro-
duktionstechnologie lässt sich generell nicht voraus-
sehen, immerhin scheint Arthur C. Clarkes „Gesetz“
Bestand zu haben: Jede hinreichend fortschrittliche
Technologie ist von Magie nicht zu unterscheiden. Für
das Smartphone, mit den Augen Goethes gesehen, gilt
das sicherlich.
Arthur C. Clarke, Drehbuchautor von „2001 – Odyssee
im Weltraum“, bemühte für die kommende Produkti-
onstechnologie einen „Universellen Replikator“, der aus
Dreck der richtigen Zusammensetzung die filigransten
Gebilde herstellen konnte. Das Ergebnis war – nach
Ansicht des Autors – das Ende von Landwirtschaft und
Industrie. Die Arbeit verschwand, statt dessen erblüh-
ten die Künste, wurde der Lebensstil von Jägern und
Sammlern wieder aktuell, nun auf höchstem Niveau.
Eine wunderbar weite Sicht hatte der polnische Tech-
„Smart Bird“, flugfähiger bionischer Schlagflügelapparat von Festo
nophilosoph Stanislaw Lem, der in praktischen Dingen mit ganz besonderen Bewegungen, die es dem ultraleichten und
aber auch sehr kurzsichtig sein konnte. So kurvten leistungsstarken Flugmodell ermöglichen, eigenständig zu starten,
seine Raumschiffe mit phantastischen Antrieben durch zu fliegen und zu landen. Neue Ideen, Materialien und Energiequel-
die Galaxis, dafür wurde die Navigation mit Papier- len werden eine Fülle von neuen Fahr-, Flug- und Schwimmgeräten
hervorbringen.
karten besorgt, die in einem Schrank hingen. Möbel
wuchsen auf Feldern wie Apfelbäume und stellten
seinem Piloten ein Bein – die Industrie hatte sich der grenzenlosen Raffinesse der Natur in den ihr zugängli-
Biologie bemächtigt. chen Bereichen.
Ein anderer Ansatz Lems bemühte „Synsekten“, win- Wie immer die Produktionstechnologie einmal
zige Roboter, die sich bei Bedarf zu einem strukturier- aussehen mag, eines ist sicher: Sie muss dem Prinzip
ten Schwarm zusammenschließen konnten, der dann der Nachhaltigkeit folgen. Das muss nicht zulasten der
allerlei Unfug anrichtete. Qualität der Produkte gehen, ganz im Gegenteil: Es ist
Gleichwohl: So unsinnig ist das alles nicht. Wer die Verfügbarkeit von Ressourcen, die die Lebensdau-
eine Smartphone-Platine sieht, kann schon an einen er ablösungsreifer Technologien verlängert. Wenn es
(ruhenden) Synsektenschwarm denken, hier bestehend knapp wird, können neue, elegantere Lösungen zum
aus MEMS-Bausteinen (micro-electro-mechanical sys- Tragen kommen. Die massenhafte Verfügbarkeit billi-
tems), ihren optischen Gegenstücken und Computer- ger Computertechnologie wird das ihre dazu beitragen.
elementen, die allesamt von mal zu mal kleiner, dichter Es ist ein bisschen wie beim Korallenriff. Das ist no-
gepackt und zahlreicher werden. torisch knapp an Nährstoffen, weshalb seine Bewohner
Und Clarkes „Replikator“ könnte die futuristisch die kleinsten Vorteile nutzen und für jede ökologische
kompaktierte Form einer Produktionsanlage nach Art Nische ein raffiniertes Instrumentarium entwickeln
der „Industrie 4.0“ sein. mussten. Und ausgefallene Dienstleistungen, wenn
Die Bauprinzipien der Natur zu kopieren wird wieder etwa der Putzerfisch der Muräne die Zähne putzt. In
und wieder versucht werden, nun um Dinge ergänzt, der nährstoffreichen Nordsee dominiert dagegen der
die die Natur bei aller Eleganz nicht entwickeln konnte: Heringsschwarm, sehr viel vom gleichen. Das Korallen-
Isolierte metallische Drähte, Transistoren, Computer- riff ist der erfreulichere Anblick, der Heringsschwarm
intelligenz, Hartmetalle, Industriekeramik etc. Umge- dafür sättigender.
kehrt profitierte die industrielle Technik von der fastFORSCHUNG FÜR DIE PRODUKTION 17
KMU-Netzwerke fördern werken den Aufbau von Know-how-Schutz als Ver-
trauensbasis zur Vermeidung von Interessenkonflikten
Wertschöpfung in Netzwerken ist effizient und flexibel, erleichtern. Es gilt darüber hinaus Methoden zu entwi-
wenn alle beteiligten Partner nach festen Spielregeln ckeln, mit denen sich Wandlungsfähigkeit im Netzwerk
agieren. Netzwerke oder Schwarmstrukturen verfügen bewerten und steuern lässt. Die Produktionssysteme
über die richtige Balance aus Effizienz, Flexibilität und des Netzwerks sind dann deutlich besser skalierbar
Wandlungsfähigkeit. Die zunehmende Dynamik der und können mit einem überschaubaren Kapitaleinsatz
Märkte stellt jedoch immer höhere Anforderungen an verändert und erweitert werden.
diese Aspekte. Dies gilt nicht nur für die Netzwerke an
sich, sondern auch für die einzelnen Produktions- und Unternehmensprozesse wandlungsfähig gestalten
Fabrikstrukturen. Logistikprozesse und Lieferanten-
ketten müssen verstanden und beherrscht werden. Individualisierung der Kundenwünsche, schwan-
Unternehmen, die sich global und in Netzwerken kende Stückzahlen, Kostendruck oder schnelle Ände-
bewegen, müssen außerdem Sorge für den Schutz ihres rungen der geforderten Funktionalität der Produkte
Produktionswissens tragen. werden von Unternehmen als starke Wandlungstreiber
Vom Computer in die Fertigung: Der Weg von der virtuellen Planung
In Netzwerken wandlungsfähig und dynamisch zur realen Herstellung wird dank neuer Technologien deutlich
agieren kürzer.
Die deutsche Wirtschaft ist mittelständisch geprägt. wahrgenommen, die allerdings schwer prognostizier-
Eine Vielzahl hoch spezialisierter und in ihren Kern- bar sind.
kompetenzen zur Leistungsspitze zählender KMU Eine vorlaufende Gestaltung der Wandlungsfähigkeit
agieren sehr erfolgreich am Markt. Werden zukünftig gewinnt daher gegenüber dem klassischen reaktiven
aber immer kundenspezifischere Systemlösungen Vorgehen an Bedeutung. Die Wandlungsfähigkeit von
nachgefragt, müssen Netzwerke die Integration von Mensch und Organisation wird zu einem weiteren stra-
Kernkompetenzen ermöglichen. Gelingt dies, ohne tegischen Erfolgsfaktor der deutschen Industrie.
dass KMU auf „angestammte“ Wettbewerbsvorteile wie Unterstützt werden Projekte, die
Flexibilität, Geschwindigkeit und Kundennähe verzich- • wandlungsfähige Produktionssysteme mit gut
ten, lässt sich eine höhere Wertschöpfung erzielen als ausgebildeten Fachleuten im Rahmen digitaler
bisher. Entscheidend für den Erfolg eines Netzwerkes Fabriken entwickeln,
ist seine Wandlungsfähigkeit. • ein „atmendes“ und wandlungsfähiges Produkti-
Die Entwicklung entsprechender Steuerungskonzep- onsnetzwerk schaffen oder
te und Organisationsformen wird daher unterstützt. • den Logistikwandel gestalten.
Gewünscht sind beispielsweise Lösungen, die in Netz-Sie können auch lesen
