Smart-E-Factory: Energieeffizienz durch KI und Gleichstrom

Was ist die SmartFactoryOWL?

Die SmartFactoryOWL ist das Reallabor für Industrie 4.0 und bietet Unternehmen und Forschungseinrichtungen umfangreiche Möglichkeiten und Dienstleistungen für die Transformation der Industrie. Sie wird vom Fraunhofer-Institut in Lemgo und der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe seit 2016 gemeinsam auf dem Innovation Campus Lemgo betrieben.

Wie fördert die SmartFactoryOWL Industrie 4.0?

Die SmartFactoryOWL bietet auf 2000m² praxisorientierte Lösungen für Industrie 4.0, kombiniert Forschung, Qualifikation und Technologietransfer. Durch die Realproduktion eines biobasierten Mehrwegbechers und innovative Technologien in Robotik, Automation und Cybersicherheit unterstützt sie Unternehmen bei der Entwicklung effizienter und nachhaltiger Produktionslösungen.

Was motivierte die Gründung der Smart-E-Factory?

Die SmartFactoryOWL wurde gegründet, um die Unsicherheiten der digitalen Revolution im Mittelstand zu überwinden und ungenutzte Potenziale in der Industrie zu erschließen. In enger Zusammenarbeit mit der Industrie entstehen ständig neue Forschungsfragen, wobei in den letzten Jahren insbesondere KI, Energie und Kreislaufwirtschaft im Fokus standen. Dies führte zur Entwicklung des Projekts Smart-E-Factory – eine energieoptimierte, ressourcenschonende Fabrik.

Wie spart die Smart-E-Factory Energie ein?

Das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) geförderte Projekt Smart-E-Factory hat genau diese Herausforderungen aus der Industrie aufgenommen und verbindet KI und Energie zu einem intelligenten Gesamtkonzept für Fabriken. Das stößt bei unseren Partnern wie Fabrikbetreibern auf Anklang, denn sie erzielen unmittelbare Mehrwerte durch Einsparungen.

Den Industriepartnerngefällt beispielsweise die Auftragsreihenfolgeplanung, die das Fraunhofer IOSB-INA mit mathematischer Algorithmik optimiert. Hierbei werden Aufträge intelligent nach bestimmten Optimierungskriterien sortiert. Dadurch werden gleichartige Aufträge geclustert, unnötige Rüstvorgänge vermieden und so Ausschuss, Stillstandszeiten und Engpässe vermieden. Auch das Personal wird entlastet, denn es muss seltener umrüsten und weniger selbst planen. 

Viele Energieeinsparungen können durch DC erzielt werden. In der SmartFactoryOWL haben wir einen Roboter und die Hallenbeleuchtung unter anderem auf DC umgerüstet und Einsparungen von bis zu 60 % erzielt. Da Smart-E-Factory ein öffentlich gefördertes Projekt ist, stehen die Ergebnisse zudem öffentlich zur Verfügung und basieren auf Standards und Open Source, sodass sie sich in bestehende Brownfield Lösungen gut übertragen lassen.

Zusätzlich erzeugt die PV auf dem Dach der Fabrik direkt Gleichstrom. Durch die Verringerung von Wandlungsverlusten (die Umwandlung in Wechselstrom entfällt) und einfachere Elektronik werden zusätzliche Effizienzgewinne erzielt. Insgesamt kann gezeigt werden, dass die Verbindung von KI-Lösungen mit zukunftsweisender DC-Technologie enorme Energieeinsparungen erreicht und damit die Bausteine der energieoptimierten Fabrik bereitstellt.

Wie setzen Fabrikbetreiber Produktionsoptimierungen um?

In der Automation sind Implementierungen immer mit einem gewissen Aufwand verbunden, doch wir haben in verschiedene Optimierungsebenen unterschieden. So können investive Maßnahmen, wie eine PV Installation, inbegriffen sein, aber auch online Betriebsoptimierungen durch eine Anpassung von Betriebsparametern. Wichtig ist, sich als Fabrikbetreiber mit dem Thema Optimierungen zu beschäftigen und dort notfalls die Expertise aus Forschungseinrichtungen hinzuzuziehen.

Welche Unternehmen profitieren von der Smart-E-Factory?

Typische Interessenten an unseren Technologien sind produzierende Unternehmen. Vor allem Fabriken mit hohem Energieverbrauch und hohem Ressourceneinsatz können besonders profitieren.

Da wir sowohl ein Gebäude mit seiner Infrastruktur optimieren, als auch Produktionsanlagen, sind natürlich alle Betreiber von Gebäuden auch an unseren Maßnahmen interessiert. Insbesondere der Betrieb eines DC Netzes oder die KI-basierte Prognose von Stromertrag und -verbrauch sind auch unabhängig von Fabriken interessant, auch für Unternehmen außerhalb des produzierenden Gewerbes.

Was macht die Smart-E-Factory so innovativ?

Besonders innovativ ist in der Smart-E-Factory die Verbindung von KI und Gleichstrom-Technologien. Wir können zeigen, dass die Verbindung von KI-Lösungen mit zukunftsweisender DC-Technologie enorme Energieeinsparungen erreicht und damit die Bausteine der Energiesteuerbaren Fabrik bereitgestellt werden. Das ist in dieser Form einzigartig. Dieses umfassende Zusammenspiel der Technologien wird in der Industrie auch von den innovativsten Unternehmen bisher nicht so vollständig erreicht, auch wenn richtungsweisende „Gleichstromfabriken“ bereits betrieben werden.

Als Forschungseinrichtungen streben wir einen großflächigen Transfer dieser Lösungen in die Industrie an, was durch open source und Standards vereinfacht wird. Unsere herstellerneutrale Zusammenarbeit mit Technologieanbietern ermöglicht auch die Skalierung unseres Konzepts der Smart-E-Factory. So schaffen wir es, in Deutschland innovative und effiziente Fabriken und Produktionen zu entwickeln und so international wettbewerbsfähig zu bleiben.

Welche künftigen Ziele werden aktuell verfolgt?

Unser Ziel ist es, die Energietransformation am Standort Deutschland mit innovativsten Technologien zu gestalten. Dafür haben wir ein hervorragendes Technologieportfolio und strategisches Gesamtkonzept für die Industrie ausgearbeitet, dass es nun in einen Breitentransfer zu überführen gilt. Erste Maßnahmen haben wir in dem vom BMUV geförderten Projekt dafür bereits getroffen, wie Pilotumsetzungen, die Mitwirkung in Gremien oder die Bildung von Industriekreisen. Ein Beispiel ist die international bedeutende Open Direct Current Alliance (ODCA), angegliedert an den ZVEI und Multiplikator unserer Ergebnisse. Hier ist das iFE Gründungsmitglied und im Vorstand vertreten.

Trotzdem liegt noch ein Weg vor uns, den wir vom Fraunhofer IOSB-INA und dem IFE der TH OWL gemeinsam mit der Industrie gestalten möchten, um eine umfassende Durchdringung mit diesen Technologien zu erreichen.

Welche Herausforderungen stehen der Industrie gegenüber?

Die Industrie wird sich sehr stark transformieren müssen, wenn sie im internationalen Wettbewerb bestehen möchte. Schwierige Entwicklungen für den Standort Deutschland sind hohe Energiekosten, Bürokratie und Regulatorik, Zölle und steigende Kosten im globalen Handel, unsichere Märkte und Partnerschaften und der Fachkräftemangel.

Technologien wie künstliche Intelligenz – insbesondere die generative KI –, Robotik, Energieoptimierungen, Vernetzung und Standards in der Datenhaltung können dort schnell und effektiv unterstützen. 

Die Herausforderung in der Industrie ist jedoch, dass die Expertise in den Betrieben für schnelle und pragmatische Umsetzungen dieser Technologieinnovation fehlt und der Zugang zu Innovationen aus Forschung und Entwicklung – speziell durch viele weggefallene Förderprogramme – erschwert ist. So findet nur langsam ein Innovationstransfer statt.

Nissrin Perez, Professor Jürgen Jasperneite und Professor Holger Borcherding, herzlichen Dank für das Gespräch!

Das könnte Sie auch interessieren

Digitale Intelligenz statt Energieverschwendung So senken smarte Algorithmen Kosten und schaffen CO₂-Transparenz

Steigende Energiepreise, strengere Regulierung und wachsende Erwartungen an nachhaltige Lieferketten setzen Unternehmen unter Druck. OekoProOf entwickelt digitale Lösungen für energieintensive Branchen: Ein Planungstool optimiert die Chargenreihenfolge, senkt Energieverbrauch und CO₂-Ausstoß. Ein Transparenztool erfasst Emissionen auf Chargenebene und bildet die Grundlage für einen Digitalen Prozesspass.

Best-of FI Award 2025: IIM, TU Graz | LEAD Factory „Effizienz live erleben“ - Sieger Schulung (Forschung)

In der praxisnahen Lernfabrik des IIM-Instituts erleben Teilnehmende reale Produktionsprozesse rund um die Herstellung eines Scooters. Von Lean über Digitalisierung bis Nachhaltigkeit: Die modularen Trainings fördern durch Learning-by-Doing nachhaltiges Wissen und machen komplexe Themen unmittelbar erlebbar – für Studium, Beruf und Industrie.

Ein Digitaler Zwilling für jedes Fertigungsprodukt Datenräume und AAS-Standard revolutionieren die Industrie

In der Fertigungsindustrie steht ein Paradigmenwechsel bevor. Initiativen im Kontext von Industrie 4.0 und Manufacturing-X bieten eine größere Transparenz entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Dank objektzentrierter Datenhaltung können Hersteller künftig auf Einzelproduktebene denken und agieren. Der AAS-Datenstandard ermöglicht dabei einen eindeutigen Digitalen Schatten zu jedem gefertigten Produkt.

Die Lernfabrik im Metaverse Effiziente Automobilproduktion durch integrative Lernprozesse auf der Plattform Roblox

Durch die Digitalisierung ihrer Abläufe und der damit verbundenen Volatilität müssen Unternehmen ihre Mitarbeiter in immer kürzeren Zyklen neues Wissen vermitteln. Gleichzeitig können zu viele Schulungen die Mitarbeiter überfordern. Als erfolgversprechend haben sich deshalb Lernfabriken erwiesen. Am Beispiel einer Automobilproduktion wird dargestellt, wie sich eine solche Lernfabrik leicht und mit geringem Aufwand im Metaverse realisieren lässt.

Matrixproduktion als effiziente Lösung für Variantenvielfalt So gelingt die Implementierung flexiblerer Fertigungsformen im produzierenden Mittelstand

Die Matrixproduktion bietet zahlreiche Vorteile für die Produktion eines variantenreichen Produktspektrums. Trotz umfassender wissenschaftlicher Forschung zu intralogistischen und produktionstechnischen Prozessen ist ihre praktische Implementierung jedoch bisher begrenzt. Insbesondere der hohe Aufwand der Tauglichkeitsprüfung und fehlende Schulungskonzepte für das Planungspersonal sind ursächlich hierfür.