Karlsruher Forschungsfabrik: Neues Leuchtturmprojekt für digitalisierte Fertigung

| Redakteur: Michael Eckstein

Schneller auf den Markt: Unreife Produktionsprozesse in neuer Geschwindigkeit serienreif machen – das ist das Programm der im Bau befindlichen Karlsruher Forschungsfabrik.
Schneller auf den Markt: Unreife Produktionsprozesse in neuer Geschwindigkeit serienreif machen – das ist das Programm der im Bau befindlichen Karlsruher Forschungsfabrik. (Bild: KIT)

Das Karlsruher Institut für Technologie KIT und die Fraunhofer-Gesellschaft errichten ein Entwicklungs- und Demonstrationszentrum für die Fabrik der Zukunft. Es setzt massiv auf maschinelles Lernen und soll als Referenzprojekt für die KI-Strategie des Bundes dienen.

Ab Ende 2020 sollen in der „Karlsruher Forschungsfabrik“ neue Produktionstechnologien mithilfe modernster Digitalisierungsmethoden getestet und in die Industrie überführt werden. Insgesamt 15 Mio. Euro wird der Bau des Entwicklungs- und Demonstrationszentrum für die Fabrik der Zukunft nach bisheriger Planung kosten. Das Projekt wird nach dem Wunsch der Initiatoren einen wichtigen Beitrag zu der jüngst beschlossenen „Strategie Künstliche Intelligenz“ der Bundesregierung leisten – und damit langfristig auch für die Innovationskraft des Standorts Deutschland.

Einen Großteil seines Wohlstands verdankt Deutschland der Fähigkeit, immer wieder innovative Produkte schnell auf den Weltmarkt zu bringen. Im Zeitalter von globalem Wettbewerb, Digitalisierung und Künstlicher Intelligenz müssen die eingesetzten Fertigungstechnologien beständig neu erdacht werden. Zum einen, um wissenschaftliche und technologische Vorsprünge auf Wettbewerber und Nachahmer zu wahren. Zum anderen, um im Spannungsfeld neuer Technologien, komplexer Fertigungsprozesse, zunehmender Individualisierung und extremer Variantenvielfalt zu bestehen.

Besonderheiten erkennen und als technologischen Vorsprung herausarbeiten

Vor dem Hintergrund dieser Herausforderung haben das KIT mit seinem wbk Institut für Produktionstechnik und die Fraunhofer-Gesellschaft mit ihren Instituten für Chemische Technologie ICT und für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB vereinbart, auf dem Campus Ost des KIT die Karlsruher Forschungsfabrik zu errichten. „Diese Forschungsfabrik ist der Musterfall einer disziplinübergreifenden Kooperation starker Partner zum Nutzen der vital wichtigen Innovationsfähigkeit unseres Landes“, sagt der Präsident des KIT, Professor Holger Hanselka. Durch die zielgerichtete und frühzeitige Einbindung kleiner und mittlerer Unternehmen in die Forschungsfabrik ließe sich zudem die Attraktivität von Stadt und Region steigern.

Ziel der Karlsruher Forschungsfabrik ist es, Vorsprünge bei neuen, herausfordernden Fertigungsverfahren systematisch herauszuarbeiten und auszubauen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen lernen, wie man bereits sehr früh – das heißt, wenn die für ein neues Produkt erforderlichen Fertigungsprozesse noch nicht vollständig verstanden und beherrscht werden – qualitativ hochwertige Produkte herstellen kann.

Mithilfe modernster Mess-, Sensor- und Regelungstechnik wollen sie Methoden entwickeln, die geeignet sind, neue Produktionstechnologien schnell in sichere und profitable industrielle Fertigungsprozesse umzusetzen. Intelligente Prozessregelungen sollen dafür sorgen, dass trotz der noch unreifen Fertigungstechnologien erste, qualitativ einwandfreie Produktexemplare hergestellt werden können. Dadurch sei es möglich, eine Produktion sehr schnell anlaufen zu lassen.

Maschinelles Lernen und KI stehen im Zentrum intelligenter Fertigung

Laut KIT funktioniert dies so: Verfahren des Maschinellen Lernens (ML) und der Künstlichen Intelligenz (KI) nutzen die von Sensoren erhobenen Daten, um Korrelationen zwischen qualitätsbezogenen Daten und Prozessparametern zu erkennen. Auf diese Weise „lernt“ die bereits in Betrieb befindliche Fertigungsanlage, welche Parameter gute Ergebnisse produzieren. Erklärtes Ziel der Forschungsfabrik-Akteure ist es, ML und KI nicht nur auf einzelne Fertigungsschritte oder unmittelbar aufeinanderfolgende Prozesse anzuwenden, sondern ganze Prozessketten zu erfassen und zu verbessern.

Dadurch soll sich die Time-to-Market stark verkürzen lassen, was nach Ansicht der Karlsruher besonders kleinen und mittleren Unternehmen im globalen Wettbewerb helfen würde. Die beteiligten Institute wbk (KIT), ICT und IOSB (Fraunhofer) würden genau die nötigen Kompetenzen in der Produktions-, Fertigungs- und Verfahrenstechnik sowie in der Automatisierungs-, Sensor- und Informationstechnik, um diese wissenschaftlich anspruchsvolle Zielsetzung umzusetzen.

E-Mobilität und Leichtbau als mögliche Anwendungsfelder

Primäre Anwendungsfelder der Forschungsfabrik sind Elektromobilität und Leichtbau. Doch auch andere Bereiche könnten von intelligenter und wirtschaftlicher Produktionstechnik auf Basis von Industrie 4.0- und KI-Methoden profitieren. „Die schnelle Industrialisierung von neuen, innovativen Produktionstechnologien ist zur Stärkung des Produktionsstandorts Deutschland essenziell“, betont Professor Jürgen Fleischer, Leiter des wbk Instituts für Produktionstechnik des KIT und Leiter des Bereichs Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung am wbk.

Um die in der Forschungsfabrik erzielten Ergebnisse zielgerichtet und schnell in echte Fertigungen zu transferieren, sollen interessierte Unternehmen deshalb von Anfang an eingebunden werden – durch enge Kooperationen, Verbundprojekte und Workshops. Zugleich gehen KIT und Fraunhofer davon aus, dass die Forschungsfabrik mit ihren attraktiven Arbeitsbedingungen für Mitarbeiter im angewandten Forschungsumfeld langfristig zum Aufbau und Erhalt der Innovationsführerschaft der TechnologieRegion Karlsruhe in der Werkstoff-, Produktions- und Informationstechnik beitragen wird. Über die Lehre am wbk Institut für Produktionstechnik ist die Forschungsfabrik darüber hinaus mit der kommenden Ingenieur-Generation verbunden.

Grundsteinlegung für die Forschungsfabrik ist für Sommer 2019 geplant

Zum Gesamtbudget von 15 Mio. Euro tragen die Kooperationspartner KIT und Fraunhofer jeweils die Hälfte bei. Hinzu kommen Investitionen in die Erstausstattung der Fertigungshallen, Labore und Büros. Nach der Grundsteinlegung im Sommer 2019 wird das L-förmige Gebäude ab Ende 2020 auf zwei Stockwerken und einer Fläche von 4500 Quadratmetern rund 70 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beherbergen. Darüber hinaus bietet es 50 Arbeitsplätze für Kooperationspartner aus der Industrie. Die Eröffnung ist für Ende 2020 geplant.

Zu den Förderern des Projekts zählen das Bundesministerium für Bildung und Forschung, das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg, das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg sowie der Europäischen Fonds für regionale Entwicklung.

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