Forschung

Ausgangssituation

Globale Krisen stellen Unternehmen vor große Herausforderungen: Steigende Material- und Energiekosten, Versorgungsengpässe sowie die Dynamik von Pandemie oder Krieg schwächen die Planungsstabilität produzierender Unternehmen. Konkrete Maßnahmen zur Sicherung der Zukunftsfähigkeit produzierender Unternehmen in der VUKA-Welt sind rechtzeitig zu erkennen und einzuleiten. Sie sind sorgfältig für ein konkretes Systemelement in Produktion oder Logistik zu definieren und dürfen nicht im Zielkonflikt, bspw. zwischen Resilienz und Ressourceneffizienz zu einander stehen. Unternehmen brauchen verantwortliche Fachplanende, die die individuellen Anforderungen und Handlungsspielräume des jeweiligen Unternehmens einschätzen können und bei der Maßnahmendefinition berücksichtigen. Dies stellt aufgrund der komplizierten Zusammenhänge der VUKA-Welt eine herausfordernde Aufgabe dar und KMU vor große Schwierigkeiten. In KMU werden Entscheidungen von Generalisten getroffen, die häufig nicht das nötige Detailwissen und die ausreichende Kapazität haben, sich dieser zusätzlichen, herausfordernden Aufgabe genügend anzunehmen. Es besteht die Gefahr, dass KMU unzureichende, oberflächliche Maßnahmen einleiten, die ihre Zukunftsfähigkeit in der VUKA-Welt letztlich gefährden statt sichern.

Zielsetzung

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines niedrigschwelligen software- und KI-basierten Tools, das durch ein ständiges Monitoring und ein darauf aufbauendes Szenario-Management die Einflüsse der VUKA-Welt auf spezifische Unternehmen identifiziert und mit-hilfe eines Trouble Shootings die Zukunftsfähigkeit des Unternehmens testet und zukunftskritische Systemelemente identifiziert. Darauf aufbauend gibt das Tool konkrete Maßnahmenempfehlungen unter Berücksichtigung der unternehmensspezifischen Anforderungen aus. So können besonders KMU dabei unterstützt werden, trotz der dynamischen Einflüsse ihre Zukunftsfähigkeit zu sichern.

Vorgehensweisen

Als erstes werden die zur modellhaften Nachbildung des Systemverhaltens elementar notwendigen Systemelemente möglicher Produktionssysteme, also deren Gestaltungsobjekte und Wirkbeziehungen, identifiziert und parametrisiert. Darauf aufbauend werden mögliche Entwicklungsszenarien der VUKA-Welt mit hoher Kritikalität hinsichtlich der unternehmerischen Zukunftsfähigkeit sowie deren resultierende Einflüsse auf die Systemelemente bestimmt. Mithilfe der bestimmten Einflüsse werden anschließend Idealzustände je Systemelement und Szenario definiert sowie Anforderungen in Abhängigkeit spezifischer Unternehmensziele an die zukunftsfähige Gestaltung der Systemelemente abgeleitet. Für die Anforderungen werden generische und szenarioabhängige Maßnahmenkataloge für die Systemelemente gebildet. Unter Berücksichtigung spezifischer Handlungsmöglichkeiten, werden zudem Filterkriterien bestimmt, die die Spezifikation konkreter Handlungsempfehlungen für Unternehmen ermöglichen. Um die Ergebnisse möglichst vielen KMU zugänglich zu machen, wird eine Softwarearchitektur entwickelt, mit der anschließend das vuKaMU-Tool als eine Beta-Version programmiert werden kann.

Die Zuwendung besteht aus Mittel des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Niedersachsen.

Ausgangssituation

Bauteile und Produkte aus Kunststoffen sind Gegenstände des alltäglichen Lebens. Ob in Küchengeräten, Lichtschaltern, Fensterrahmen, Medizingeräten, Spielzeugen oder in Fahrzeugen – Kunststoffbauteile ermöglichen komplexe Formen, geringes Gewicht und viele Funktionen. Für die Produktion von Kunststoffbauteilen sind energieintensive Prozesse wie das Compoundieren (Herstellung der Materialmischung), das Trocknen sowie das Spritzgießen oder Extrudieren. Vorrangig wird elektrische Energie benötigt, deren Erzeugung in der Regel mit dem Ausstoß von klimaschädlichen Treibhausgasen wie CO₂, aber auch mit Feinstaub-Emissionen verbunden ist. Dies steht im Konflikt mit dem Klimaschutz und hat auch zu kontroversen Diskussionen über die Nutzung von Kunststoffbauteilen geführt. Zudem sind die Kosten für elektrische Energie hoch und wirken sich maßgeblich auf die Produktionskosten von Kunststoffbauteilen aus. Diese Umstände betreffen allein in der kunststoffverarbeitenden Industrie in Deutschland ca. 2.900 Betriebe mit ca. 320.000 Beschäftigten.

Zielsetzung

Vor diesem Hintergrund ist es Ziel des Forschungsvorhabens, den Energieeinsatz in der Produktion von Kunststoffbauteilen drastisch, d.h. um mindestens 30%, zu verringern. Dies soll mit der Entwicklung und Bereitstellung von besonders energieeffizienter Werkzeug- und Maschinentechnologie, einem Prozessüberwachungssystem mit Anomalie-Erkennung auf Basis von künstlicher Intelligenz, gezielter Nutzung von Synergien einzelner Teilprozesse, mit Hilfe von wissenschaftlichen Kenntnissen sowie mittels verschiedener organisatorischer Maßnahmen und Entwicklungen erreicht werden.

Der Auftrag von GREAN ist es, ein kombiniertes Modell für die Bewertung des Energieeinsatzes und – parallel dazu – der erbrachten Wertschöpfung zu entwickeln. Dafür werden bestehende Anwenderprozesse systematisch analysiert, in einem Beschreibungsmodell zusammengefasst und anschließend in einem Bewertungs- und Entscheidungsmodell zur gesamtheitlichen Optimierung der Kunststoffproduktion zusammengeführt.

Vorgehensweisen

Mit Hilfe eines neuartigen, im Vorhaben zu entwickelnden Modells sollen der Energieeinsatz, Stoffströme, nachhaltigkeitsbezogene Kenngrößen sowie die Wertschöpfung bei der Produktion von Kunststoffbauteilen miteinander kombiniert und abgebildet werden. Das Modell dient als Grundlage für einen Mess-, Steuer- und Regelkreis auf der Ebene der Unternehmensplanung und -steuerung. Die Reduktion des Energieeinsatzes in der Produktion steht im Fokus. Beispielsweise geht Wertschöpfung verloren, wenn bereits getrocknetes Granulat zurück ins Lager gelangt und dort erneut feucht wird. Erst mit weiterem Energieeinsatz (erneute Trocknung) wird das vorherige Niveau der Wertschöpfung erneut erreicht. Bei verschiedenen Prozessschritten ergeben sich unterschiedliche Werte für den notwendigen Energieeinsatz pro relativer Wertschöpfung (effiziente und ineffiziente Prozesse). Zusätzliche innerbetriebliche und externe Transporte beeinflussen den Energieeinsatz. Die Menge des produzierten Ausschusses sowie die Nutzung von Recyclaten beeinflussen ebenfalls den Energiebedarf und die Wertschöpfung. Die Zusammenhänge sollen in einem neuartigen Modell miteinander verknüpft werden, so dass ineffiziente Prozesse, verlorene Wertschöpfung und Massenströme systematisch aufgespürt und soweit wie möglich vermieden werden können. Somit kann der Energieeinsatz pro hergestelltem Bauteil verringert werden.

Das Vorhaben wird finanziert aus Mittel des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über den Projektträger Jülich (PTJ) im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung.