Digitale Technologien für zirkuläre Fertigung und nachhaltige Produktion in der Industrie

Das bisherige lineare Wirtschaftsmodell stößt zunehmend an seine Grenzen. Ressourcen werden knapper, Energiepreise steigen, regulatorische Anforderungen verschärfen sich. Gleichzeitig fordern Kunden immer stärker nachhaltige Produkte und Prozesse. Europäische Industrieunternehmen stehen deshalb unter immer größerem Druck: Sie müssen ihre Fertigung nachhaltiger gestalten und sich gleichzeitig wettbewerbsfähig aufstellen. Lösungen bieten Ansätze der Kreislaufwirtschaft wie Recycling, Remanufacturing und Reparatur. Mit digitalen Technologien setzen Unternehmen sie in industriellen Produktionsumgebungen skalierbar um und erhalten so transparente, steuerbare und effiziente Prozesse.

Ziel des EU-Projekts ENCIRCLE ist es, Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), Künstliche Intelligenz und Blockchain so umzusetzen, dass sie Unternehmen branchenübergreifend bei der Transformation zur zirkulären Fertigung unterstützen. 

Gemeinsam mit seinen Forschungspartnern entwickelt das Fraunhofer IEM eine Simulationsplattform für die zirkuläre Produktion. Es entsteht eine virtuelle Umgebung als Simulations- und Trainingsraum für moderne KI-Werkzeuge. Im Zentrum stehen Ansätze wie das Reinforcement Learning, das durch Ausprobieren und Rückmeldung selbstständig optimale Strategien erlernt. Für den Aufbau der Plattform kommen unterschiedliche digitale Werkzeuge und KI-Technologien zum Einsatz:

• Ein Digitaler Produktpass (DPP) und ein Blockchain-basierter Marktplatz schaffen Transparenz über Materialien, Bauteile und CO₂-Fußabdrücke über den gesamten Lebenszyklus hinweg.
• Ein Decision Support System (DSS) nutzt die Ergebnisse der virtuellen Simulation, um datenbasiert Handlungsempfehlungen abzuleiten und so nachhaltige Entscheidungen in der Produktion zu unterstützen.
• Integriert werden auch Gamification-Elemente und Lebenszyklusanalysen, um das Umweltbewusstsein zu fördern und zirkuläres Verständnis zu stärken. 

Drei Industriepartner setzen die im Projekt entwickelten Werkzeuge prototypisch um:

1. Der Verzinker ZINQ entwickelt den Digitalen Produktpass weiter, kombiniert Echtzeit-Produktionsdaten mit einem Digitalen Zwilling und integriert Umwelt-, Produkt- und Lebenszyklusanalysen, um Transparenz und zirkuläre Nutzung entlang der Wertschöpfungskette zu erhöhen.
2. Der Aluminiumhersteller Alumil nutzt IoT-Sensoren und einen Digitalen Zwilling des Schmelzprozesses, um Energieverbrauch, Aluminiumabfälle und gefährliche Nebenprodukte zu reduzieren.
3. Der Haushaltsgerätehersteller Arçelik setzt auf digitale Produktdaten und Empfehlungssysteme, um seine Geräte über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg nachzuverfolgen und so Reparatur, Wiederverwendung und Rückführung zu ermöglichen.

Die im Projekt entwickelten digitalen Werkzeuge sind wichtige Bausteine, um die europäische Fertigung nachhaltiger und wettbewerbsfähiger zu machen. Industrieunternehmen aller Branchen können sie einsetzen und profitieren mit nachhaltigeren Lieferketten und kreislauffähigen Produkten von einem geringeren Energieverbrauch und reduzierten CO₂-Emissionen. Gleichzeitig verlängern transparente Materialflüsse und KI-gestützte Entscheidungsunterstützung die Produktlebensdauer, steigern die Ressourceneffizienz und eröffnen neue Geschäftsmodelle in der Kreislaufwirtschaft. Mit ENCIRCLE leistet das Fraunhofer IEM einen wichtigen Beitrag zur Zukunft der industriellen Fertigung in Europa.