Leitprojekt »EVOLOPRO«

© Fraunhofer IPT

Evolutionäre Selbstanpassung komplexer Produktionsprozesse und Produkte

Ziel des Leitprojektes »EVOLOPRO« ist es, evolutionsbiologische Mechanismen zur Erzeugung einer neuen Generation von Produktionssystemen zu nutzen. Solche »Biological Manufacturing Systems« sind fähig, sich analog zu biologischen Organismen selbstständig an neue Anforderungen und Umgebungsbedingungen anzupassen. Ein Biological Manufacturing System benötigt dafür nicht wie die Natur viele Jahrtausende. Durch aktuelle Errungenschaften im Umfeld von »Industrie 4.0« kann dies innerhalb kürzester Zeit vollzogen werden.

Biological Manufacturing Systems bauen auf bestehenden Produktionen sowie der Industrie 4.0 auf und kombinieren diese mit Erkenntnissen aus der Entwicklungs- und Molekularbiologie. Dabei unterscheidet sich dieser Ansatz von anderen Vorhaben, z.B. des Maschinellen Lernens, welche in der Regel nur zweckgerichtete Optimierung zum Ziel haben. EVOLOPRO fokussiert dagegen auf die gezielte Erzeugung von Anpassungsfähigkeit durch Förderung von Variation und sogar dem Zulassen von Fehlern. Damit werden Fertigungsfehler im Verständnis von »EVOLOPRO« nicht als Ausschuss, sondern wie in der Biologie als eine wertvolle Ressource zur Anpassung und Weiterentwicklung technischer Systeme und Prozesse betrachtet.

Zur Umsetzung dieser Idee für zukünftige Fertigungsprozesse setzt EVOLOPRO nicht nur auf neue, der Biologie nachempfundene Algorithmen, sondern auch auf das Prinzip des digitalen Zwillings, der mit einer digitalen Umwelt interagiert. Nach dem Prinzip des »survival of the fittest«, also der Weiterführung des Bestangepassten, sollen schon in der digitalen Welt die Differenzen zwischen dem Sollbauteil und seinem Istzustand analysiert und bewertet werden.

In drei verschiedenen Pilotanwendungen wird die Wirksamkeit der evolutionären Selbstanpassung validiert: die Einzelkomponente, die Montage mehrerer Einzelkomponenten sowie das temporäre Interagieren mehrerer Einzelkomponenten. Als Demonstratoren wurden reale Produkte mit einer bedeutenden wirtschaftlichen Relevanz für die Fraunhofer-Gesellschaft ausgewählt. Ziel ist es, das EVOLOPRO-Konzept der evolutionären Selbstoptimierung generisch zu erforschen und mit den gewählten Pilottypen und Pilotketten für einen möglichst weiten Anwendungsbereich zu demonstrieren.

Die Komplexität eines Biological Manufacturing Systems erfordert die Kernkompetenzen verschiedener Fraunhofer-Institute aus den Domänen der Werkstoffwissenschaften, der Produktion, der Mathematik und der Informationstechnik. Die Federführung des auf einen Zeitraum von vier Jahren angelegten Projekts liegt beim Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT.