Der Industriestandort Deutschland steht aktuell vor zwei großen Herausforderungen: dem Aufbau einer wettbewerbsfähigen Fertigung von Lithium-Batteriezellen, um dem steigenden Bedarf gerecht zu werden, und der Transformation der Produktion mithilfe von Methoden der Digitalisierung und Industrie 4.0. Die Batteriezellproduktion ist dabei durch eine Vielzahl unterschiedlicher Prozessschritte mit einer großen Anzahl an variablen Parametern und Einflussgrößen und Zwischenprodukten mit differierenden Kenngrößen gekennzeichnet. Die Methoden der Digitalisierung und der Industrie 4.0 können hierbei unterstützen, das Prozess- und Materialverständnis zu erhöhen und dadurch eine gleichbleibende Produktqualität zu ermöglichen. Um die Daten- und Informationsflüsse, die aus der komplexen Prozesskette und den vielfältigen Zwischenprodukteigenschaften hervorgehen, nutzbar zu machen, bedarf es neuer Methoden und Werkzeuge der Digitalisierung. Aus diesem Grund zielt das von den produktionstechnischen Instituten der RWTH Aachen, der TU Braunschweig, dem KIT in Karlsruhe und der TU München durchgeführte Begleitprojekt BatterI4.0 des neu gegründeten Kompetenzclusters Intelligente Batteriezellproduktion auf die Erforschung und Ausarbeitung eines Digitalisierungsleitfadens.
Der Digitalisierungsleitfaden wird aus Methodensammlungen – sogenannten Werkzeugkästen – in den vier Bereichen Maschinen- und Anlagentechnik, Qualitätsmanagement, Prozesstechnik sowie Planung, Steuerung und Logistik aufgebaut. Dadurch werden alle produktionstechnischen Bereiche der Batteriezellproduktion vollständig abgedeckt.
Zunächst erfolgt als Grundlage für die Erarbeitung des Leitfadens eine durchgehende Analyse und Aufbereitung der Prozesskette in der Batteriezellproduktion im Hinblick auf die vom Leitfaden adressierten Themenbereiche. Aufbauend auf der Grundlagenanalyse werden die Werkzeugkästen der einzelnen Themenbereiche erarbeitet, erprobt und abschließend implementiert. Durch die Anwendung der Werkzeugkästen in der Batteriezellproduktion sollen Digitalisierung und Industrie 4.0 in allen produktionstechnischen Bereichen systematisch umgesetzt werden können. Im Rahmen des Projekts soll dies bei ausgewählten Forschungs- und Industriepartnern erprobt werden. Dabei wird nicht nur das Potential des Leitfadens aufgezeigt, sondern auch eine iterative Verbesserung aller Anwendungsebenen und Entwicklungsstufen der Werkzeugkästen vorgenommen. Die vier Werkzeugkästen bilden den Kern des zu erarbeitenden Leitfadens zur Digitalisierung der Batteriezellproduktion, der als Ergebnis in einem Dokument zusammengeführt und veranschaulicht wird.
Mit der Erarbeitung des Digitalisierungsleitfadens soll ein fundamentaler Beitrag zur wettbewerbsfähigen Batteriezellproduktion in Deutschland geleistet werden. So können bestehende sowie neue Anlagengenerationen verbessert und kommenden Batteriegenerationen souverän begegnet werden. Das IWF bringt zur Zielerreichung insbesondere Kenntnisse im Bereich der Prozesstechnik ein. Speziell die Prozesstechnik unterliegt einem Umfeld von komplexen Abhängigkeiten und sich schnell ändernden Fertigungsverfahren. Folglich ist eine Entwicklung einer Methode, die über die Abstraktion Raum für die Analyse von neuen und unbekannten Prozessen bietet, essentiell.