#31 Demonstrator: Digitale Fertigungsverfahren, Energiemonitoring und Energie- und Massefluss-Analyse

KND - Demonstratoren

Klimaneutral digital – der Info-Podcast für den Mittelstand. Wir unterstützen Sie mit konkreten Praxisbeispielen und passgenauen anbieterneutralen Angeboten rund um die Digitalisierung, damit Sie Ihre Klimaziele erreichen. Unser Angebot ist für Unternehmen kostenfrei. Hallo und herzlich willkommen zu einer neuen Folge von Klimaneutral digital. Sie sind mit Ihrem Unternehmen auf dem Weg zur Klimaneutralität. Wir helfen Ihnen dabei. Egal, wie weit Sie dabei schon gekommen sind, wir sind an Ihrer Seite. Vor allem, wie Ihnen die Digitalisierung dabei helfen kann, das erfahren Sie hier. Mein Name ist Mats Kastning und heute reden wir über Demonstratoren für digitale Fertigungsverfahren, Energiemonitoring und Energie- und Masseflussanalyse. Dazu ist heute Tobias Viethen bei mir. Würdest du dich bitte selber noch mal kurz vorstellen? Mein Name ist Tobias Viethen. Ich bin Wissenschaftler bei Hans Schickert am Institut für Mikroaufbautechnik in Stuttgart und bin dort Gruppenleiter für die Drucktechnologien. Und eine Funktion ist aber eben auch, dass wir ein Projekt haben, das Klimaneutral digital Projekt. Das ist ein Mittelstand-Digital-Zentrum, bei dem wir kleine und mittelständische Unternehmen unterstützen, dabei in Richtung Klimaneutralität zu kommen. Und in diesem Projekt bilden wir sogenannte Klimacoaches aus und von diesen Klimacoaches bin ich einer. Jetzt habe ich es dir eben ja gesagt. Thema heute Demonstratoren für digitale Fertigungsverfahren, Energiemonitoring, Energie- und Masseflussanalyse. Tobias, ich habe Fragen. Worum geht es eigentlich? Genau, diese Demonstratoren, die bauen wir in dem Projekt auf, um eben wieder den KMU Möglichkeiten zu geben, sich Technologien und Verfahren vor Ort einmal anzuschauen, um Dinge einfach greifbar zu machen. Das sind mit den unterschiedlichsten Dingen und da das eben Felder sind, mit denen wir uns wissenschaftlich beschäftigen, haben wir eben bei uns im Labor dann die Möglichkeit, diese Labortüren zu öffnen und so einen Demonstrator vorzustellen. Wir beschäftigen uns hier eben dann eben mit digitalen Herstellungsverfahren. Die sind per se schon eigentlich ein guter Weg zur Digitalisierung, zur Flexibilisierung im Unternehmen. Wir können auch einen guten Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten. Und um sich das aber nochmal begreifbarer zu machen, haben wir eben dann eben auch ein Energiemonitoring eingesetzt. Sprich, wir haben die Möglichkeit, Energieflüsse zu messen. Diese Messwert an sich hilft einem noch nicht unbedingt, sondern es ist dann eben auch sinnvoll, so eine Energie- und Masseflussanalyse zu machen. Sprich, man schaut sich dann eben diese Messwerte nochmal genau an, holt sich noch Informationen zu allen möglichen Materialien, die man einsetzt und betrachtet dann immer eine bestimmte Größe. Es könnte theoretisch ein Preis sein, dass man sich jetzt anschaut, wie viel Euro habe ich für meinen Strom ausgegeben, wie viel Euro habe ich für mein Material ausgegeben. Für uns interessanter ist aber natürlich das Kohlendioxid, CO2. Also welche Klimawirksamkeit habe ich denn mit meinen Prozessen? Sprich, wir haben dann eben diese Werte genommen für einen Beispielprozess und haben den einmal visualisiert und auch mal ein paar Parameter geändert und zeigen dann, welche Auswirkungen das am Ende hat auf den CO2-Ausstoß von so einem Prozess. Jetzt mal einen Schritt zurück, mal ganz an den Anfang. Das erste Wort Demonstratoren. Was genau ist denn jetzt ein Demonstrator? Wie muss ich mir sowas vorstellen? Ein Demonstrator ist ganz unterschiedlich möglich. Es kann tatsächlich eine Anlage sein oder einfach nur ein Schaubild. Bei uns ist im Prinzip das gesamte Labor der Demonstrator, weil wir anhand dieses Labors und den Dingen, die da drin sind, veranschaulichen, wie eben diese Prozesse, die digitalen Prozesse, Datengewinnung und diese Analyse funktionieren. Wir hatten ja schon mal eine Folge zum Thema digitale Fertigungsverfahren. Die verlinken wir auf jeden Fall in den Shownotes. Da kann man auch noch mal reinhören. Deswegen jetzt mal nicht die Frage, wenn ich jetzt ein digitales Fertigungsverfahren hätte und hätte da gerne von euch einen Demonstrator und komme jetzt bei euch vorbei. Wie läuft das dann ab? Was macht ihr? Speziell in diesem Labor haben wir einfach zwei Anlagen stehen, die genau das machen, digitale Fertigung. In dem Fall geht es darum, Schaltungsträger aufzubauen über digitale Verfahren, also ein Inkjet-Verfahren, in dem Fall für 2D und ein Fünfachs-Bearbeitungszentrum, das dann 3D-Bauteile aufbauen kann und mit Leiterbahnen versehen kann, sodass wir unter dem Strich ein mechatronisches Bauteil bekommen mit mechanischen Eigenschaften, aber auch elektronischen Eigenschaften. Und diese Fertigungsanlagen sind eben digitale Verfahren und die kann man daran erläutern. Man kann erklären, was ein digitales Verfahren ist und ein bisschen die Vorteile darstellen. Und das an sich ist eben schon der Demonstrator für diese digitalen Verfahren. Okay, was wäre dann das Ergebnis, wenn ihr baut mir den jetzt oder ihr zeigt mir das und was bekomme ich dann nachher? Man kann eben da so ein bisschen für sich mitnehmen, welche Vorteile das Ganze hat und überlegen, welche Prozesse man selbst eventuell bei sich digitalisieren möchte. Also zum Beispiel, ich habe ein mittelständisches Unternehmen und stelle Spritzgussbauteile her und mache das auch in kleineren Stückzahlen. Und das ist natürlich schade, dass man dann immer ein neues Werkzeug herstellen muss für jedes Bauteil oder für jedes neue Geometrie. Und dann könnte man eben auf ein digitales Verfahren wechseln, additive Fertigung zum Beispiel, und das Ganze eben ohne Werkzeuge aufbauen. Das spart mir einfach Ressourcen im Bereich Energie, im Bereich Materialien. Und das ist jetzt ein sehr einfaches Beispiel, aber da gibt es natürlich auch weitere. Und diesen Trigger zu schauen, welche Prozesse kann ich denn bei mir ersetzen, das möchten wir eben mit diesem Demonstrator zeigen. Wenn ich jetzt diese Folge höre und denke mir, ja, aber wo soll ich das bei mir anwenden? Wie kann ich es benutzen? Was würdest du den Leuten sagen? Das kommt natürlich ganz darauf an, was die machen. Also es ist schon so, dass wir uns mit denen natürlich unterhalten und schauen, was sie überhaupt im Unternehmen tun und dann auch vielleicht erst die Ideen geben können, welche digitalen Verfahren man dann ansetzen könnte. Jetzt haben wir noch das Wort Energie-Monitoring. Du hast eben auch schon davon von Energieflüssen gesprochen. Wie kommt das jetzt da rein? Energie-Monitoring ist letztendlich einfach nur ein Energiemessgerät, ein Sensor, der für diesen speziellen Fall jetzt eben zum Beispiel Stromfluss misst. Also ich schaue mir an, während ich ein Bauteil aufbaue, wie viel Energie ich dafür denn eigentlich tatsächlich benötige. Da sind jetzt bei uns im Labor noch ein paar andere Sensoren mit dabei, aber für diesen Fall wichtig ist eben hauptsächlich dieser Energiefluss, sprich der Stromverbrauch. Während die anderen Prozesse könnte man auch den Gasverbrauch mitmessen oder sonst irgendwas, Fernwärme, Kälte, was auch immer. Bei uns speziell, weil es eben auch anschaulich ist und wir eben digitale Verfahren hauptsächlich Strom benötigen, ist es dann eben die Strommessung und die ist dann tatsächlich wichtig für diese Analyse hinterher. Das ist letztendlich die Basis für alles, was danach passiert. Also ich brauche Energiedaten spezifisch für meine Prozesse, um diese dann wirklich sinnvoll analysieren zu können. Das heißt also ihr könntet, wenn ich jetzt sage, was ich mache, könntet ihr mir sagen, wo meine Energie vielleicht auch verloren geht, wo ich sie sparen könnte? Das kann man wahrscheinlich schon ein bisschen aus der Ferne, aber tatsächlich könnten wir dann auch mal mit einem Sensor vorbeikommen, je nachdem, und vor Ort vielleicht eine Messung machen. Das ist tatsächlich in diesem Mittelstand Digitalnetzwerk gibt es verschiedenste Zentren, die solche Messgeräte haben, um dann vielleicht auch direkt an der Anlage mal eine Messung zu machen. Sinnvoll wäre es allerdings dann auch, das ist keine Rieseninvestition, dann selbst ein bisschen in die Infrastruktur zu investieren und mal permanent auch eine Messung zu machen. Sinnvoll eben je nachdem, was man produziert, über einen Tag, eine Woche, einen Monat oder ein Jahr. Das ist dann sehr individuell tatsächlich. Aber um ein gutes Gefühl dafür zu bekommen, eben was sind denn tatsächlich die Energieflüsse, diese dann aufzubereiten, diese Daten, und dann so eine Analyse durchzuführen. Dann fehlen uns jetzt auf jeden Fall noch Energie- und Masseflussanalyse, dann haben wir alles durch. Worum geht es da? Bei der Energie- und Masseflussanalyse, MFCA, geht es dann eben darum, dass ich diese Daten jetzt ein Stück weit gesammelt habe und ich schaue mir dann jetzt an, wie sieht mein Prozess aus, welche Prozessschritte habe ich von ich bestelle irgendwo ein Material bis hin zu ich schicke einen Lkw los mit dem fertigen Produkt, das ich hergestellt habe. Das ist ja in der Regel nicht einfach nur ein Prozess, den ich da durchführe, sondern es ist eine ganze Prozesskette. Und wenn ich die Daten für jeden dieser Einzelschritte habe, dann kann ich mir anschauen, wie viele Bauteile ich vielleicht auch da parallel rauskriege. Oder es ist ein Einzelprozess, der sequentiell immer ein Bauteil nacheinander macht und kann dann das Ganze eben zurückrechnen auf die Anzahl der Bauteile, die ich rauskriege. Und so dann, wenn ich die Daten für alles habe, ich habe jetzt den CO2-Ausstoß für den Strom, den ich benötige, ich habe den CO2-Fußabdruck der Materialien, die ich benutzt habe, werfe das alles zusammen in meinen Prozess, dann sehe ich an jedem Punkt genau, das ist in der Software letztendlich dargestellt, sehe ich an jedem Punkt genau, wie groß der Gesamtimpact ist von diesem Prozessschritt, aber dann eben auch in Summe. Und dann kann ich anfangen zu spielen und Parameter zu ändern. Das ist jetzt sage ich, bei uns zum Beispiel, wir haben das mit dem Bauteil gemacht und es gibt diesen Prozess der digitalen Fertigung und danach gibt es einen Schritt, da muss ich das Ganze nochmal in den Ofen packen, um diese Leiterbahnen leitfähig zu bekommen. Und dann habe ich halt einmal den Energieverbrauch für den Aufbau des Teils, aber damit es funktional ist, muss ich es eben in den Ofen packen. Jetzt kann ich einen Teil herstellen und einen Teil in den Ofen stecken und bekomme einen Teil am Ende raus oder ich baue 100 Stück gleichzeitig und packe auch 100 Stück dann in den Ofen. Und das hat eben schon einen Unterschied, weil ich den Ofen ja entweder 100 Mal aufheize oder einmal aufheize. Und das sind so Parameter, mit denen kann man dann spielen und schaut sich dann immer an, okay, wo finde ich denn vielleicht ein Optimum? Vielleicht füge ich irgendwo noch eine Qualitätskontrolle ein und sage, Bauteile, die defekt sind, die muss ich auch nicht mehr in den Ofen schieben und kriege da wieder Kapazität für gute Teile und muss dann natürlich auch weniger Energie unterm Strich reinstecken. Also einfach nur diese Daten gut zu visualisieren, analytisch aufzubereiten, gibt mir die Möglichkeit, die Punkte zu sehen, wo ich vielleicht Energie einsetze, die ich gar nicht brauche. Und das Ganze natürlich auch mit Masse, also mit Materialien, ob ich jetzt am Ende einen Kilogramm Stahl irgendwo reinbringe, auch wenn ich nur 100 Gramm bräuchte, macht natürlich einen riesen Unterschied im CO2-Ausstoß. Wie funktioniert das jetzt ganz praktisch? Also wenn ich jetzt überlege, okay, bei mir gibt es ein paar Prozesse, die könnte man bestimmt optimieren. Was ist jetzt mein erster Schritt? Was muss ich tun? Im ersten Schritt gerne auf uns zukommen, dass wir mal ein Treffen oder ein Call ausmachen können, darüber sprechen, was das überhaupt für Prozesse sind. Wir können dann auch gerne vor Ort mal diesen Demonstrator anschauen, um das Ganze eben noch mal tief zu hören, zu erläutern. Dann kommt es so ein bisschen darauf an, wo man herkommt, welche Software man wollen würde, wie das mit Lizenzen aussieht. Aber dann könnte man im Prinzip mal so einen Beispielprozess durchgehen und dann könnte man das auch für seinen eigenen Prozess letztendlich so analog machen. Das ist natürlich schon ein bisschen aufwendig. Gerade diese Daten zu bekommen, ist eben auch zeitaufwendig und das ist dann was, wo wir nicht komplett daneben stehen können. Aber ich glaube, wenn man das einmal gesehen hat und durchstiegen hat, ist das auch kein Hexenwerk. Und dann kann man für sich auch einfach ganz gut Daten erheben und das Schritt für Schritt in so ein Modell einbauen. Letztendlich kann man das auch wieder die Zeit nachschärfen. Wenn man jetzt merkt, okay, ich habe hier Daten, die sind nicht so genau. Die habe ich aus irgendeinem Datenblatt, weil ich es bisher nicht messen konnte. Dann kann man die erst mal nehmen und wenn man gute Messdaten hat, dann tauscht man einfach die Daten noch mal aus, lässt das noch mal durchrechnen und kann es zum späteren Zeitpunkt dann vielleicht noch mal nachschärfen, sage ich mal. Aber man kann gut schon mal starten damit. Welche Industrie oder welche Unternehmen sind jetzt prädestiniert für sowas und welche vielleicht eher schwierig? Letztendlich alle, die irgendwas produzieren, sind definitiv prädestiniert dafür. Letztendlich könnte man das aber, weil es generisch ist, könnte man das für alles möglich machen. Also ich könnte auch sagen, ich habe einen Betrieb, der einfach nur handelt oder Logistik habe ich irgendwie noch, ich muss Dinge von links nach rechts schieben und am Ende auf einen Lkw packen. Dann könnte ich mir das auch mit so einer Analyse anschauen. Der Mehrwert ist dann vielleicht ein anderer tatsächlich. Aber ich würde sagen, für produzierende Betriebe ist das definitiv was, was sich lohnen kann. Wie nützt das jetzt auch Thema Nachhaltigkeit der Umwelt? Naja, wenn die Zielgröße, die ich mir anschaue, eben das CO2 ist und ich optimiere auf ein möglichst große Einsparung im CO2-Bereich, dann helfe ich selbstverständlich, ich sage mal nicht nur der Umwelt, auch der Menschheit, um einfach weniger Klimawirksamkeit zu haben. Wir wollen noch eine Weile leben hier. Gibt es jetzt Dinge, wo du sagen würdest, jetzt aus der Erfahrung heraus, damit sollte man starten, wenn man sich jetzt damit beschäftigen will oder das sollte man lieber lassen? Zu Anfang sich das Ganze mal anzuschauen, macht natürlich Sinn, um es verstanden zu haben, was dahinter steckt. Und dann würde ich sagen, kann man einfach starten. Wie gesagt, dieser Prozess, den man sich darstellt, der lässt sich hinterher immer nochmal verfeinern. Und dann ist es ein Mausklick und das rechnet durch und dann hat man einfach nochmal einen besseren Wert. Aber es ist definitiv nicht falsch, einfach mal anzufangen und ein Gefühl zu bekommen, wo liegen denn kritische Bereiche in meinen Prozessen. Hast du vielleicht zum Abschluss noch so ein praktisches Beispiel, an dem man das mal nochmal erklären kann? Bei uns im Demonstrator haben wir tatsächlich, wie gesagt, einen Bauteil aufgebaut, auf unterschiedliche Arten und Weisen, immer so ein bisschen gemessen, was man da eben an Energieflüssen hat. Das war ein elektronisches Bauteil eben. Es ist ein Kunststoffkörper, der mit Silberleiterbahnen versehen wird, auf dem man dann eine LED zum Beispiel aufgeklebt hat, eine Energiequelle. Einfach nur als Beispiel Bauteil tatsächlich. Und dann eben, wie ich eben beschrieben habe, einfach mal verändert, okay, wie mache ich das denn mit einer Qualitätskontrolle, die ich irgendwo einfüge, um schon mal schlechte Bauteile rauszukriegen? Wie mache ich das mit diesem Ofenprozess, den ich erläutert habe? Wie viele Bauteile packe ich da im besten Fall rein? Das ist unser Beispiel, an dem wir das demonstrieren. Einfach aus dem, weil wir aus dem Bereich Elektronikfertigung kommen, ist das für uns das naheliegende. Wer mal sehen möchte, wie sowas dann nachher auf Papier aussieht, einfach einen Blick in die Show Notes werfen, da haben wir einen Demonstrator. Ist das ein Demonstrator schon dann? Das ist das Beispiel aus dem Demonstrator dann, genau. Haben wir verlinkt, also da einfach mal reingucken, können Sie sich in Ruhe angucken. Gibt es noch irgendwas, über das wir noch nicht gesprochen haben, was du noch zu dem Thema sagen möchtest? Generell, wie gesagt, sind digitale Verfahren eben einfach ein schöner Weg, nachhaltiger zu werden und auch flexibler zu werden. Da würde ich dann gerne noch mal auf diese Folge verweisen, die in den Show Notes ist, sich das gerne noch mal anzuhören. Da kann man schon sehr viel machen. Das kann im Unternehmen einfach auch ein bisschen Flexibilität bringen und ein guter Schritt zur Nachhaltigkeit ist es auch. Danke Tobias Vieten, dass du dir die Zeit dafür genommen hast, mit uns zu sprechen. Wenn Sie noch Fragen haben, schicken Sie uns eine Mail und wir kümmern uns. Alle Infos zur Folge, weiterführende Links, natürlich auch zu der erwähnten Folge und natürlich auch einen Kontakt zu unseren Expertinnen finden Sie in den Show Notes. Ich bin Mats Kastning und würde mich freuen, wenn Sie auch in der nächsten Folge wieder dabei sind. Und bis dahin wünsche ich uns allen ein gutes Klima. Ciao. Ciao. Klimaneutral Digital gehört zu Mittelstand Digital. 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