Forschungsfertigung Batteriezelle – Teilprojekt 2

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Motivation

Stromspeicher sind wesentlicher Bestandteil aller Wirtschaftszweige, die an der Energie- und Mobilitätswende beteiligt sind. Neben dem präsenten Anwendungsfeld der Automobilität sind Gebäudetechnik mit stationären Stromspeichern oder Batterien für Smart Devices weitere Bereiche mit hohem Bedarf an Stromspeichern. Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung wird sich die Batterieproduktion in Europa bis zum Jahr 2030 von heute 38 Gigawattstunden pro Jahr auf 576 Gigawattstunden verfünfzehnfachen. Die Herausforderung besteht darin, eine leistungsfähige Produktion inklusive Infrastrukturen in Deutschland auf- und auszubauen, um das Wachstum in diesem dynamischen Wirtschaftszweig erfolgreich und innovativ zu gestalten.

Den Grundstein bildet die Forschungsfertigung Batteriezelle am Standort Münster, welche ein neuer Institutsteil des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT ist. Die Forschungsfertigung Batteriezelle bildet das Zentrum der Entwicklung einer modernen und skalierbaren Batteriezellenproduktion für Deutschland und Europa.

Parallel zum Teilprojekt 1 der Forschungsfertigung Batteriezelle beginnt 2021 Teilprojekt 2 des Forschungsvorhabens.

Im Teilprojekt 2 wird der Fokus unter anderem auf die Vernetzung und Digitalisierung der Produktionslinie gelegt. In diesem Themengebiet unterstützt das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen University bei der Entwicklung einer Data Acquisition Toolbox und beim Aufbau sowie der Einbindung eines ERP- und MES-Systems. In Kombination mit weiteren Elementen wird ein digitales Abbild der Produkt- und Produktionssysteme erzeugt.

Quelle: Forschungsfertigung Batteriezelle

 

Zielsetzung

Ziel der Data Acquisition Toolbox besteht in der Auswahl und dem Clustering einer geeigneten, repräsentativen Auswahl von Eingangsdaten mit dem Ziel einer Strukturierung der heterogenen Datenquellen innerhalb der Produktionslinie. Die Strukturierung dient der Auslegung von Integrations-Pipelines für die systematische Integration von Daten aus dem Feld und den Systemen der Produktionsplanung und -steuerung. Dazu bildet die Data Acquisition Toolbox ein Framework, welches eine flexible Erweiterung und Skalierung gestattet.

Ein weiteres Ziel im Bereich der Digitalisierung und Vernetzung ist der Aufbau und die Einbindung eines MES-Systems sowie die harmonisierte Ausrichtung von ERP- und MES-System sowie den MES- und ERP-nahen Diensten. Darüber hinaus soll eine Interoperabilität von MES und ERP-Systemen untereinander sowie mit den übrigen Systemen wie IIoT-Devices und KI-Systemen gewährleistet sein. Dabei wird eine Durchgängigkeit und Verfügbarkeit aller Daten zwischen allen beteiligten Systemen, den Middleware-Komponenten, dem Digitalem Zwillings-Zugriffpunkt und den Datenquellen sichergestellt und zugleich abgesichert.

 

Vorgehensweise

Im Laufe des Projekts wird unter anderem das Kommunikationsprotokoll OPC UA verwendet, welches es ermöglicht über Companion Specifications einheitliche Informationsmodelle zu erstellen. Um die große Anzahl an Parametern einheitlich darzustellen und weiterverarbeiten zu können, ist es notwendig eine Auswahl von bestehenden Companion Specifications auszuwählen und zu kombinieren, die eine größtmögliche Abdeckung mit den bestehenden Parametern aus der Produktion erzielen. Zur Sicherstellung der späteren Anbindbarkeit der realen Produktionslinie werden OPC UA Informationsmodelle entwickelt und unter Einbindung der ausgewählten Companion Specifications umgesetzt.

Auf der Steuerungsebene unterstützt das WZL die Anbindung der ERP- und MES-Systeme, welche Ergebnisse aus dem Teilprojekt 1 der Forschungsfertigung Batteriezelle sind. Dies beinhaltet die konkrete Offenlegung von Schnittstellen zur Akquisition sämtlicher produktionsrelevanter Daten unter Berücksichtigung der Interoperabilität.