Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke, Leiter Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. (Foto: FAPS Erlangen)

Das persönliche Gespräch ist unübertroffen

Die energie- und ressourcenoptimierte Produktion ist eines der Forschungsschwerpunkte am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) in Erlangen. Das Exklusiv-Interview mit dem Leiter Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke gibt Aufschluss über die Bedeutung der engen Verzahnung von Industrie und Forschung für den Mittelstand, über Lehre und Forschung in Zeiten von Corona und über die Wichtigkeit des persönlichen Austauschs auf Fachmessen.
 

Wie haben sich Abläufe und Arbeit an Ihrem Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) in Erlangen coronabedingt verändert?

Bedingt durch die SARS-CoV-2-Pandemie haben sich zwar die Abläufe am Lehrstuhl verändert – der Kern unserer Arbeit in Forschung und Lehre ist von den äußeren Einflüssen allerdings nicht betroffen. Da wir am FAPS schon seit rund zehn Jahren alle Mitarbeiter*innen durchgängig mit Laptops ausstatten und auch eine flexible Home-Office-Regelung seit langem intensiv genutzt wird, konnten wir die geistigen Forschungsarbeiten verzögerungsfrei weiterführen. Selbstverständlich führen wir die experimentellen Arbeiten in unseren Forschungslabors – zwar mit strengen Hygieneregeln und Kontaktbeschränkungen – aber sehr effektiv weiter. Am schwierigsten ist sicherlich die Aufrechterhaltung des kreativen informellen Zusammenarbeitens, in dessen Rahmen oftmals die vielversprechendsten Ideen geboren werden. Deshalb führen wir alle regelmäßigen Lehrstuhlveranstaltungen unvermindert digital weiter. So treffen sich beispielsweise alle 120 Mitarbeitenden des Lehrstuhls am Ende jedes Monats über Videokonferenz, um allgemeine Neuigkeiten im FAPS-Diskurs auszutauschen und neue Forschungsinhalte im FAPS-Kolloquium zu diskutieren. M.E. ist unsere Erreichbarkeit untereinander an den verschiedenen Standorten des Lehrstuhls dank der internetbasierten Kommunikationssysteme sogar deutlich verbessert worden. Nahezu instantan haben wir unsere komplette Lehre digitalisiert, um den Lehrbetrieb auch in Zeiten von Social Distancing aufrechtzuerhalten. Unsere digitalen Inhalte rund um die Fertigungsautomatisierung erreichen etwa 1000 Studierende. In den überwiegend live gehaltenen Vorlesungen können die Studierenden jederzeit über den Chat Fragen stellen, die von unterstützenden wissenschaftlichen Mitarbeitern*innen sofort beantwortet werden. Gleichzeitig zeichnen wir alle Lehrveranstaltungen auf, sodass sie jederzeit und wiederholt gehört werden können.


Ist die Forschungsarbeit gravierend gehemmt – oder erleidet sie gar einen Rückschlag?

Aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten des digitalen Wandels sowie die immense Zeitersparnis durch die wegfallenden Wege in die Arbeit, Fahrten zu Projektsitzungen, Reisen zu internationalen Kongressen sowie eine deutliche Effizienzsteigerung in unseren Routinesitzungen bleibt uns viel mehr Freiraum für den produktiven inhaltlichen Erkenntnisgewinn. Daher erachte ich unsere Forschungsarbeit generell eher als forciert denn als gehemmt. Möglicherweise könnte jedoch unsere intensive Kooperation mit der Industrie leiden, da viele Unternehmen verständlicherweise interne Themen priorisieren oder ggf. sogar in wirtschaftliche Schwierigkeiten geraten. Dank eines starken Netzwerks aus vielen langjährigen Partnern, mit denen wir intensive Kooperationen pflegen, können wir gut mit diesen Herausforderungen umgehen.


Die weltweite Pandemielage hat der Digitalisierung in allen Bereichen einen Schub verliehen bzw. deren Notwendigkeit offengelegt. Wie schätzen Sie aktuell den Stand der Digitalisierung im Maschinenbau ein?

Industrie 4.0 ist nicht nur eine höchst erfolgreiche weltweite Kampagne zur Digitalisierung im Maschinen- und Anlagenbau, sondern demonstriert auch eindrucksvoll die Deutungshoheit der deutschen Unternehmen in der Digitalisierung der Produktion. Durch Corona finden das über die letzten Jahre fundiert aufgebaute Know-how, die erweiterten Produktfunktionen und die neuen Service-Angebote u.a. in den Bereichen Produkt-Engineering, Automatisierung, Prozessoptimierung und Instandhaltung nutzbringende Anwendungen. Gleichzeitig ergeben sich durch völlig neue digitale Geschäftsmodelle unglaublich viele Chancen. Besonders beeindruckt mich der entflammte Unternehmergeist meiner wissenschaftlichen Mitarbeiter*innen und Studierenden, die insbesondere die Methoden und Werkzeuge der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens virtuos nutzen, um diese vielversprechenden Technologien in die etablierte Welt produzierender Unternehmen zu transferieren. In der engen Vernetzung von erfolgreichen Weltmarktführern und Hidden Champions mit jungen kreativen Start-ups und der führenden Produktionsforschung sind wir sicherlich international in der Spitzengruppe vertreten.


Zu den modernen, zeitgemäßen Anforderungen an Produktionsanlagen gehören Schnelligkeit, Effizienz und Kostenoptimierung. Was konkret benötigt das mittelständische Maschinenbauunternehmen, um mit den aktuellen Anforderungen Schritt halten zu können?

Aus meiner Sicht muss sich die Bereitschaft und der Mut zur Veränderung in den Unternehmenskulturen noch stärker etablieren. Technische Perfektion, bedingungslose Kundenorientierung und höchste ethische Standards sind unsere großen Stärken im internationalen Wettbewerb. Vielleicht könnten wir zukünftig unsere Innovationskraft noch schneller in den Markt bringen und weniger stark an sicherlich erfolgreichen, jedoch manchmal überholten Verhaltensmustern festhalten. Gerade die enge Verzahnung von Industrie und weltweit führender Forschung in den Bereichen Automatisierung, Produktion und Materialien ist ein bedeutender Wettbewerbsvorteil, den auch mittelständische Unternehmen stärker nutzen könnten. Oftmals ist die Lücke zwischen industrieller Praxis und anwendungsorientierter Forschung in den Bereichen der Digitalisierung, der vernetzten Produktion sowie Anwendungen der Künstlichen Intelligenz besonders groß. Die kraftvollen öffentlichen Programme zur Forschungsförderung sowie die neuen Möglichkeiten zur verbesserten steuerlichen Berücksichtigung von Entwicklungsaufwendungen können in Verbindung mit den leistungsfähigen, hervorragend ausgestatteten und kooperationswilligen universitären Instituten eine hervorragende Basis bilden, um in diesem dynamischen technologischen Umfeld die Schrittgeschwindigkeit vorzugeben.


Eines Ihrer Forschungsprojekte widmet sich der energetischen Optimierung automatisierter Produktionssystemen, um Energiebedarf und CO2-Emission zu reduzieren. Welche Erkenntnisse konnten Sie bereits gewinnen?

Die energie- und ressourcenoptimierte Produktion ist eines der Forschungsschwerpunkte am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS), zu dem wir laufend eine Vielzahl innovativer Projekte bearbeiten. So konnten wir sehr erfolgreich das Verbundprogramm der Green Factories Bavaria abschließen, in dem wir zusammen mit zwölf Hochschulen, rund 100 Unternehmen sowie in 50 Forschungsprojekten ein immenses Potenzial zur klimaneutralen Produktion erschließen konnten. In unserem aktuellen, in einer finanzierten Konzeptphase befindlichen Projekt zur Umstellung der elektrischen Energieversorgung in der Produktion auf Gleichstrom gehört zu den Projektzielen der Einsatz SiC-basierter Leistungselektronik, die auch in der Automobilindustrie derzeit stark im Kommen ist, eine umfassende sensorbasierte Messung, Regelung und Speicherung der Energieströme sowie die Einbindung regenerativer Energien. Mit diesem Konzept können signifikante Energieeinsparungen erzielt werden. Gerade in Antriebssystemen ermöglichen die SiC-Bauelemente deutlich geringere Schaltverluste bei schnelleren Schaltfrequenzen sowie höhere Betriebstemperaturen und Spannungen gegenüber der konventionellen Si-Technologie. Auch durch die Reduzierung von Energiewandlungsprozessen und durch vereinfachte Kabelsysteme vermindern die Gleichstromnetze den Energiebedarf. Der Einsatz von Machine-Learning-Algorithmen in Edge-Cloud-Energiemanagementsystemen ermöglicht die optimale bedarfsabhängig Anpassung der Prozessparameter. Der größte und gleichzeitig schwierig allgemeingültig zu quantifizierende Optimierungsansatz wird durch ein feingranulares Sensornetzwerk sowie durch intelligente und lernende Steuerungen erwartet. Damit besteht die Möglichkeit, Energieverschwendung ad-hoc aufzudecken, Fertigungs- und Logistikprozesse signifikant zu optimieren und energetisch zu synchronisieren. Dies ermöglicht Rekuperation sowie eine optimierte Energieeffizienz durch adaptive Produktionssysteme. Letztendlich kann durch eine konsequente Integration regenerativer Energiequellen sowie geeigneter Energiespeicherlösungen die Produktion vollständig CO2-neutral gestaltet werden.


In einem weiteren Forschungsprojekt befasst sich Ihr Lehrstuhl mit dem Einsatz autonomer Flugroboter für den innerbetrieblichen, vollautonomen Warentransport an Kommissionierplätzen. Ist das die Zukunft auch in den Produktionshallen?

Der Einsatz von autonomen Flugrobotern ermöglicht den flurfreien, schnellen und hochflexiblen Transport von dringend benötigten Ersatzteilen, Werkzeugen und Produktionsmaterialien. Auch der zyklische Transport von Kleinteilen mittels Flugrobotern bietet industrielle Anwendungsmöglichkeiten.In Produktions- und Logistikhallen der Zukunft wird sich daher auch der Einsatz autonome Flugroboter etablieren. Flugroboter übernehmen dabei unter anderem die Durchführung von vollautomatisierten Inventurprozessen sowie automatisierte Inspektions-, Überwachungs- und Vermessungsaufgaben. Im Bereich des innerbetrieblichen Warentransports sehen wir zukünftig auch eine deutliche Flexibilisierung unter Einsatz unterschiedlicher, autonomer flurgebundener Transportsysteme.


Unsere Branche erwartet dringend die Wiederkehr des persönlichen, fachlichen Austauschs von Angesicht zu Angesicht – vor allem auch auf der Motek 2021. Wie wichtig erachten Sie die Präsenzmessen?

Ich messe Präsenzmessen und allgemein dem persönlichen, fachlichen Austausch eine hohe Bedeutung bei. Zwar zeigen bereits digital abgehaltene Messen die grundsätzliche Machbarkeit in diesem Format – allerdings ist das persönliche Gespräch unübertroffen. Daher hoffe ich, wir werden in diesem Jahr vermehrt die Gelegenheit haben, uns wieder häufiger persönlich treffen zu können.