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Stets den Blick in der Glaskugel: die Leiter des Fraunhofer IPA, Dr. Engelbert Westkämper (r.) und Dr. Alexander Verl.

Zu den Forschungsschwerpunkten des IPA zählen unter anderem die Steuerungstechnik, die Robotik und das Thema Mechatronik. Welche Trends sehen Sie konkret auf diesen Gebieten?

Dr. Verl: Lassen Sie mich zuerst das Thema Mechatronik ansprechen. Denn gerade die Beherrschung dieser Disziplin wird künftig einer der Erfolgsgaranten für den deutschen Maschinenbau sein, um sich beispielsweise gegen die immer stärker werdende Konkurrenz aus Fernost zu behaupten. Eines vorab: Mechatronik ist eigentlich keine Wissenschaft, sondern vielmehr eine neue Art zu denken. Das heißt, bereits beim Konzept – sei es für eine Steuerung oder ein ganzes Projekt – müssen wir die vielfältigen Querverbindungen mit anderen Disziplinen bedenken. Hier gehören die Mechanik, Elektrik, Software und die Simulation ebenso dazu, wie die Dokumentation. Werkzeugmaschinen und Roboter gelten aus verschiedenen Gründen als Königsdisziplin der Mechatronik. Während Werkzeugmaschinen wegen immer höheren Anforderungen an Genauigkeit und Produktivität immer neue Innovationen notwendig machen, sind es in der Robotik Kostengesichtspunkte und immer neue Anforderungen an die Dynamik und Flexibilität, die den Innovationsdruck aufrechterhalten. Beiden Systemen ist gemeinsam, dass nur durch eine konsequente mechatronische Entwurfssystematik höchsten Leistungsanforderungen entsprochen werden kann. Es ist zu erwarten, dass gerade hier modell- und simulationsgestützte Methoden in Zukunft der Schlüssel zu weiteren Leistungssteigerungen und verkürzten Entwicklungszeiten ist.

Dr. Westkämper: Sowohl bei Werkzeugmaschinen als auch bei Robotern klafft darüber hinaus im Bereich von Bewegungssteuerung und Regelung eine Lücke zwischen dem, was in der Theorie möglich scheint, und dem, was in der Praxis zur Anwendung kommt. Es ist davon auszugehen, dass in der industriellen Praxis weit über 90 % aller lagegeregelten Achsen mit P-PI-Kaskadenregelung ausgeführt sind und die überwiegende Mehrzahl aller Regler in der Werkseinstellung betrieben werden. Optimierungspotenziale, die sich über eine problemangepasste Reglereinstellung erschließen ließen, sind heute bei weitem nicht ausgeschöpft.

Mikromontage bietet Potenzial

Die Auslegung von Fertigungsanlagen erfolgt künftig direkt in 3D – zum Beispiel mit Hilfe des vom Fraunhofer IPA entwickelten Planungs-Tisches.

Stichwort Robotik – welche Trends sehen Sie hier, speziell die Anwendung betreffend?

Dr. Verl: Wurden Aufbau, Einsatz und Bedienung des Industrieroboters in der Vergangenheit zu einem wesentlichen Teil durch die Fahrzeugindustrie beeinflusst, so liegen künftige Anwendungsgebiete des Roboters zum großen Teil außerhalb der Fahrzeugindustrie. Experten schätzen, dass heute weniger als 15 % der möglichen Robotereinsatzmöglichkeiten in Produktionen erschlossen sind. Besonders interessant in diesem Zusammenhang ist der Bedarf an Automatisierungslösungen seitens kleiner und mittelständischer Fertigungen. Auffallend sind auch die noch relativ geringen Einsatzzahlen von Robotern in der mechanischen Bearbeitung. Viel versprechende Einsatzpotenziale wurden diesbezüglich bislang durch die vergleichsweise niedrige mechanische Steifigkeit, die unzureichende Genauigkeit und hohe Schwingungsempfindlichkeit des Roboters gedämpft. Kurzum: Um ein neues Anwender-Klientel für die Robotik gewinnen zu können, sind neuartige Industrieroboterlösungen gefordert. Entsprechende Technologien werden derzeit intensiv erforscht und entwickelt – zum Beispiel im Rahmen der europäischen Initiative SMErobot.

Dr. Westkämper: Neben der Robotik sehen wir insbesondere auf dem Gebiet der Mikromontage beziehungsweise Fertigung enormes Potenzial. Unternehmen, die eine mikrotechnische Produktion beherrschen, haben gute Chancen, sich zukunftsträchtige Märkte zu erschließen. Doch die Anforderungen auf diesem Gebiet sind hoch; eine fast durchgängige Automatisierung, Anlagen und Geräte, die sich an die jeweiligen Produkte flexibel anpassen lassen, sowie eine reibungslose Logistik. Grund ist, dass unter den Reinraumbedingungen der Mikroproduktion oft nur Maschinen in automatisierten, menschenleeren Prozessen „saubere“ Arbeit leisten können. Am Fraunhofer IPA sind derzeit diverse Hilfsmittel und Lösungen für die Mikrofertigung in der Entstehung. Zum Beispiel ein Simulations- und Gerätebaukasten, der den Herstellern hilft, eine wirtschaftliche Produktion zu planen und durchzuführen. Dazu gehört auch die modulare Mikrofabrik – eine miniaturisierte Montage. Last but not least befinden sich aktuell spezielle Mikroproduktionsverfahren in der Entwicklung wie zum Beispiel das Ultrapräzisionszerspanen und -prägen.