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Spitzencluster „it's OWL“

Künstliche Intelligenz, Digitale Plattformen und Arbeit 4.0

Das Technologie-Netzwerk it‘s OWL startet ab Dezember 2018 mit neuen Projekten. Darin entwickeln Unternehmen und Forschungseinrichtungen Ansätze in den Bereichen Künstliche Intelligenz, Digitale Plattformen, Digitaler Zwilling und Arbeitswelt der Zukunft. In Transferprojekten können kleine und mittlere Unternehmen gemeinsam mit einer Forschungseinrichtung konkrete Herausforderungen der digitalen Transformation lösen.

Wie wird die digitale Transformation den Mittelstand verändern? Wie können neue Technologien genutzt werden, um Produkte, Produktionsverfahren und Arbeitsbedingungen zu verbessern? Wie können neue Geschäftspotenziale erschlossen werden? Diese Fragen beschäftigen Unternehmen im produzierenden Gewerbe. In Ostwestfalen-Lippe werden mithilfe des Spitzenclusters it‘s OWL – Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe – Lösungen für diese Herausforderungen entwickelt. Dazu haben sich über 200 Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Organisationen im Technologienetzwerk zusammengeschlossen. Ausgezeichnet als Spitzencluster des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gilt it‘s OWL als eine der größten Initiativen für Industrie 4.0 im Mittelstand und hat sich in den vergangenen fünf Jahren als Motor für die Wettbewerbsfähigkeit des produzierenden Gewerbes in Ostwestfalen-Lippe etabliert. In der kommenden Förderphase ab 2018 sollen insgesamt mindestens 100 Millionen Euro in Projekten umgesetzt werden. Das Land NRW stellt dafür Fördermittel im Umfang von 50 Millionen Euro zur Verfügung, mindestens die gleiche Summe kommt aus der Industrie.

Intelligente technische Systeme
Intelligente technische Systeme passen sich ihrer Umgebung und den Wünschen ihrer Anwender an. Sie stiften Nutzen im Haushalt, in der Produktion, im Handel, auf der Straße; sie sparen Ressourcen, sind intuitiv zu bedienen und verlässlich. Beispiele sind ein Trockner, der sich sekundenschnell an den sich ändernden Strompreis anpasst und gleichwohl dank Selbstoptimierung ein Spitzenergebnis liefert, eine Produktionsmaschine, die vom Werker auch bei schwierigsten Aufgaben leicht zu bedienen ist und die weiß, wann es Zeit für ihre Wartung wird, und eine Großwäschereianlage, die jedes Wäschestück automatisch wäscht, trocknet, bügelt und faltet, und das in höchster Qualität und unter minimalem Einsatz von Wasser, Energie und Waschmittel.

200 Partner-Unternehmen, Hochschulen, Forschungszentren und Organisationen beteiligen sich an der Umsetzung der Spitzencluster-Strategie, die unter der Federführung des Heinz Nixdorf Instituts entstanden ist. Im Schulterschluss von Wirtschaft und Wissenschaft wurden in bisher 170 Transferprojekten Produkt- und Produktionsinnovationen entwickelt.

Das Spektrum reicht von intelligenten Sensoren, Antrieben und Automatisierungskomponenten über Maschinen, Haushaltsgeräte und Fahrzeuge bis hin zu vernetzten Systemen wie Produktionsanlagen, Smart Grids und Cash-Management-Systemen, wofür der Begriff Cyber-Physical Systems steht. Hightech-Produkte und Produktionsverfahren also, die kein Selbstzweck sind, sondern ihren Anwendern ganz konkrete Vorteile in puncto Bedienung, Verlässlichkeit, Sicherheit, Kosteneffizienz und Ressourcenschonung bieten.

Grundlage für die Innovationsprojekte der Unternehmen waren Querschnittsprojekte, in denen die Hochschulen anwendungsorientierte Technologien und Verfahren bereitstellten.

Der Fokus lag dabei auf den Bereichen Selbstoptimierung, Mensch-Maschine-Interaktion, Intelligente Vernetzung, Energieeffizienz und Systems Engineering.

Das Ergebnis ist eine einzigartige Technologieplattform, mit der Unternehmen die Zuverlässigkeit, Ressourceneffizienz und Benutzungsfreundlichkeit ihrer Produkte und Produktionssysteme steigern können.

Das Heinz Nixdorf Institut setzt im Rahmen des Spitzenclusters seine Stärken als interdisziplinäres Forschungsinstitut für die Region ein und trägt maßgeblich zur Realisierung der Vision intelligenter technischer Systeme bei. Besondere Schwerpunkte sind Systems Engineering, Selbstoptimierung und Mensch-Maschine-Interaktion.

Prozessoptimierung durch die intelligente Vernetzung von Landmaschinen. © Claas

Lösungen für Industrie 4.0 im Mittelstand
Von 2012 bis 2017 wurden im Rahmen des Spitzenclusters mit Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung 47 Projekte umgesetzt. Darin haben Unternehmen und Forschungseinrichtungen Lösungen entwickelt, mit denen Unternehmen die Zuverlässigkeit, Ressourceneffizienz und Benutzerfreundlichkeit ihrer Geräte, Maschinen und Anlagen verbessern können.

So haben die Weltmarktführer der Automatisierungstechnik neue Lösungen für die Produktion von morgen erarbeitet. Das Spektrum reicht von intelligenten Steuerungen und Antrieben über Data Analytics, durchgängige Datennutzung und maschinelles Lernen bis zu kollaborativer Robotik.

DMG MORI hat intelligente Werkzeugmaschinen konzipiert, Kannegiesser eine ressourceneffiziente selbstoptimierende Großwäscherei. Selbstbedienungsterminals von Diebold Nixdorf wurden mit intelligenten Bedienschnittstellen ausgestattet. Claas hat die Vernetzung und Umfelderkennung von Landmaschinen vorangetrieben. Hella hat intelligente Scheinwerfer entwickelt und die Reichweite von Elektroautos verbessert. Das Heinz Nixdorf Institut war bei zahlreichen Projekten eingebunden.

Grundlage dafür waren Basistechnologien, mit denen die Hochschulen und Forschungseinrichtungen Ergebnisse der Spitzenforschung für die Unternehmen verfügbar gemacht haben. Dabei ging es um die Bereiche Selbstoptimierung, Mensch-Maschine-Interaktion, intelligente Vernetzung, Energieeffizienz und Systems Engineering. Das Querschnittsprojekt Selbstoptimierung wurde durch das Heinz Nixdorf Institut koordiniert, das darüber hinaus auch im Bereich Mensch-Maschine-Interaktion eingebunden war.

Davon haben durch ein innovatives Transferkonzept vor allem kleine und mittlere Unternehmen profitiert. In 171 Transferprojekten konnten sie konkrete Herausforderungen im Betrieb lösen und erste Schritte auf dem Weg zur Industrie 4.0 gehen. Die Rückmeldungen sind hervorragend: 74 Prozent der Unternehmen sind mit dem Projektablauf zufrieden. 69 Prozent geben an, dass sie eine wesentliche Weiterentwicklung vollzogen haben.

Programmstruktur

Motor für die Entwicklung des Standortes Ostwestfalen-Lippe
it‘s OWL ist ein starker Impuls für die Wettbewerbsfähigkeit des produzierenden Gewerbes in Ostwestfalen-Lippe. Seit dem Start des Spitzenclusters 2012 haben die Unternehmen rund 7.500 neue Arbeitsplätze geschaffen.

34 Unternehmen im Bereich der flexiblen Fertigung wurden gegründet. Dazu gehören beispielsweise die Instandhaltungsplattform Werkbliq und die verlinked GmbH, die Lösungen für die Kommunikation von Maschinen anbietet. Solihde entwickelt individuelle Lösungen für die Geschäftsprozessoptimierung. Und Assembly Solutions konzipiert passgenaue Assistenzsysteme für die Montage und Wartung.

Sieben Forschungsinstitute sind entstanden, darunter das Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM (Paderborn) und das Fraunhofer IOSB INA – Abteilung Industrial Automation (Lemgo). Darüber hinaus wurden an den sechs Hochschulen unter Einbindung der Wirtschaft 23 neue praxisnahe Studiengänge geschaffen – darunter viele duale und berufsbegleitende Angebote. So konnte die Anzahl der MINT-Studierenden um 48 Prozent gesteigert werden.

Bringen die Zukunft von it‘s OWL auf den Weg: (v.l.) Prof. Dr. Ingeborg Schramm-Wölk (Präsidentin der FH Bielefeld und Vorsitzende Campus OWL), Günter Korder (Geschäftsführer it‘s OWL), Regierungspräsidentin Marianne Thomann-Stahl, Herbert Weber (Geschäftsführer it‘s OWL), Prof. Dr. Jürgen Gausemeier (Vorsitzender Clusterboard it‘s OWL), Dr. Stefan Breit (Geschäftsführer Miele) und Prof. Dr. Roman Dumitrescu (Geschäftsführer it‘s OWL) informierten im Juli 2018 über den Start der zweiten Förderphase von it‘s OWL. © it‘s OWL

Neue Herausforderungen
Seit dem Start von it‘s OWL haben sich das technologische Umfeld und die Anforderungen der Kunden verändert. Dies stellt die Unternehmen vor neue Herausforderungen. Maschinen und Anlagen müssen immer komplexere Aufgaben eigenständig lösen. Der Grad der Vernetzung von Maschinen und Anlagen steigt. Dadurch nehmen auch die Anforderungen an die Bedienung der Maschinen und Anlagen zu. Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine wird immer komplexer. Dabei verändern sich die gesamte Marktleistung und das Geschäftsmodell. Unternehmen müssen neben ihren Maschinen und Anlagen auch Dienstleistungen und Services anbieten, die sich beispielsweise aus der Aufbereitung von Daten ergeben.

Um ihre Technologieführerschaft und Wettbewerbsfähigkeit zu behaupten, müssen Unternehmen daher die Intelligenz in ihren Produkten und Produktionsverfahren erhöhen und neue Nutzenpotenziale erschließen. Dazu werden im Technologienetzwerk neue Technologiefelder erschlossen. Dabei geht es um maschinelle Intelligenz, die Gestaltung von sozio-technischen Systemen, digitale Infrastruktur, Safety & Security, Wertschöpfungsnetze und Advanced Systems Engineering. In diesen Bereichen werden Basistechnologien, Lösungsmuster und Software-Bibliotheken entwickelt und für die Unternehmen in einer Innovationsplattform verfügbar gemacht. Die Basis dafür bilden Innovationsprojekte von Unternehmen und Forschungseinrichtungen, in denen sie Lösungen für die definierten Herausforderungen entwickeln (Autonomie, dynamische Vernetzung, sozio-technische Interaktion und Produkt-Service-Verzahnung).

Maschinelles Lernen, Plattformen und digitaler Zwilling
Die ersten vier Innovationsprojekte starten zum 1. Dezember 2018. Dabei geht es beispielsweise um maschinelles Lernen in der Produktion. Ziel des Projekts ist es, dass Maschinen und Anlagen nicht nur auf einprogrammierte Muster reagieren, sondern aus Erfahrungen lernen. So können sie ihre Leistungsfähigkeit im Laufe ihrer Einsatzzeit verbessern und sich automatisch an sich ändernde Bedingungen anpassen. Die Unternehmen Benteler, Hanning, KEB, Lenze, Miele und Weidmüller werden dafür gemeinsam mit vier Forschungseinrichtungen neue Methoden entwickeln und auf einer Plattform für weitere Unternehmen verfügbar machen. Durch maschinelles Lernen werden die Produktivität und Effizienz der Produktion erheblich steigern. Maschinenausfälle und Ausschuss werden vermieden. Der Einsatz von Energie und Materialien wird erheblich reduziert.

In zwei weiteren Projekten geht es neun Unternehmen und vier Forschungseinrichtungen darum, die Potenziale digitaler Plattformen für kleine und mittlere Unternehmen auszuschöpfen. Hintergrund ist, dass der Anteil des digitalen Geschäfts im Maschinenbau kontinuierlich ansteigt. Um wettbewerbsfähig zu bleiben und ihren Kundenzugang zu erhalten, müssen die Unternehmen ihre Produkte immer stärker mit Services verzahnen. Durch digitale Plattformen können sie vom Auftragseingang über Produktion bis zur Logistik eine durchgehende Lösung für den Kunden anbieten.

Ein weiteres Projekt fokussiert die Entwicklung, die Nutzung und die Interaktion von digitalen Zwillingen. Darunter versteht man eine digitale Abbildung einer Maschine, welche die reale und virtuelle Welt miteinander verbindet. Die Abbildung im virtuellen Raum entsteht unter Einsatz von Daten, die beispielsweise durch Sensoren ermittelt werden. Mithilfe von digitalen Zwillingen können Maschinen und Anlagen über ihren gesamten Lebenszyklus dargestellt werden. So können beispielsweise schon während der Planung einer neuen Anlage digitale Simulationen genutzt werden, um die realen Abläufe zu optimieren.

Den Mittelstand beim digitalen Wandel unterstützen
Ein weiterer Schwerpunkt ist der Technologietransfer in den Mittelstand. Kleine und mittlere Unternehmen können in Transferprojekten mit einer Hochschule oder Forschungseinrichtung neue Technologien aus dem Spitzencluster nutzen, um konkrete Herausforderungen der digitalen Transformation zu lösen. Die Transferprojekte bieten einen schnellen und einfachen Zugang zu neuen Technologien und aktuellem Forschungswi­ssen. Die Wirkungen werden direkt im Betrieb sichtbar. So kö­nnen mittelständische Unternehmen wichtige Schritte auf dem Weg zur Industrie 4.0 gehen.

Die Transferprojekte leisten einen zentralen Beitrag für die Digitalisierung von Prozessen, Produkten und Services. Dabei geht es beispielsweise um die intelligente Vernetzung und Selbstoptimierung von Maschinen und Anlagen, IT-Sicherheit, die Gestaltung von Mensch-Maschine-Schnittstellen, ein effizientes Energiemanagement oder neue Geschäftsmodelle. Kleine Unternehmen (bis 50 Beschäftigte) können für ein Transferprojekt eine Förderung von bis zu 80 Prozent der Gesamtkosten erhalten, mittlere Unternehmen (bis 249 Beschäftigte) bis zu 60 Prozent.

Neue Geschäftskonzepte und Förderung von Start-ups
Die digitale Transformation verändert Märkte und Geschäftsmodelle. Dadurch bieten sich für Start-ups hervorragende Chancen, neue Märkte zu erobern und sich zu etablieren. Ostwestfalen-Lippe und das Technologienetzwerk bieten dafür ein optimales Umfeld. Denn im Gegensatz zu anderen deutschen Start-up-Regionen finden die Gründerinnen und Gründer hier einen direkten Zugang zu potenziellen Kunden in der Industrie.

Aus der Zusammenarbeit im Cluster und den Projekten entstehen neue Ansätze für intelligente Produktionsverfahren und Smart Services. Bis 2022 sollen 30 neue Geschäftsideen identifiziert und gemeinsam mit den Unternehmen und Hochschulen zu erfolgreichen Geschäftskonzepten ausgearbeitet werden. Dazu werden beispielsweise Disrupt-Workshops von Wissenschaftler/-inne/n, Studierenden und Clusterunternehmen organisiert. Neue Beteiligungsmodelle für Start-ups werden entwickelt.

Bei der Ausarbeitung ihres Geschäftskonzepts finden die Gründerinnen und Gründer umfangreiche Unterstützung durch die Clusterpartner. Das Innovationslabor OWL der vier staatlichen Hochschulen bietet beispielsweise Qualifizierungs- und Beratungsangebote. Inkubatoren wie die garage33 in Paderborn, das Innovationszentrum auf dem Campus Bielefeld, der knOWLedgeCube auf dem Campus Lemgo, die Founders Foundation und das Denkwerk Herford bieten zielgerichtete Programme und Coworking-Spaces. Der Technologiefonds OWL und die Business Angels OWL ermöglichen Zugang zum Wachstumskapital. Die Initiative „Startup Region_OWL“ vernetzt Gründer und weitere Akteure in Ostwestfalen-Lippe.

Arbeit 4.0 – Arbeitsbedingungen optimieren und Beschäftigte unterstützen
Informations- und Kommunikationstechnologien verändern die Produktions- und Entwicklungsarbeit. Algorithmen helfen bei der Entscheidungsfindung. Assistenzsysteme unterstützen die Beschäftigten bei der Einrichtung und Wartung von Maschinen und Anlagen sowie bei der Montage. Virtuelle Prototypen können in realen Produktionsumgebungen getestet werden, digitale Systeme erhöhen die Produktzuverlässigkeit, fördern die Kundenbindung und minimieren die Produktion von Ausschussgütern.

In der digitalisierten Fabrik rücken insbesondere die sozialen Aspekte der Arbeitsplatzgestaltung in den Vordergrund. Dabei bleibt der Mensch im Zentrum der Technologie. Um die Arbeitsplätze der Zukunft zu gestalten, müssen sich Unternehmen unter neuen Technologien an die konkreten Anwendungsbereiche anpassen und dabei die Beschäftigten aktiv einbinden und qualifizieren.

Im Technologienetzwerk entwickeln und erproben Unternehmen, Hochschulen und Gewerkschaften neue Lösungen für die Digitalisierung der Arbeitswelt. Ein Leitprojekt startet im Dezember. Dabei geht es um Lernplattformen, kognitive Assistenzsysteme, partizipative Technologiegestaltung sowie agile Führung und Personalentwicklung. So wird bei Weidmüller beispielsweise erforscht, wie Augmented und Virtual Reality in der beruflichen Bildung eingesetzt werden können, um individualisiertes Lernen zu ermöglichen. Benteler und Claas erarbeiten eine gemeinsame Lernplattform. Die Ergebnisse und Erfahr­ungen werden Unternehmen des Clusters zugänglich gemacht, insbesondere auch kleinen und mittleren Betrieben.

Arbeit 4.0: VR- und AR-Brillen als digitale Assistenzsysteme sind in Smart Factories keine Seltenheit mehr. © it‘s OWL