Werden die Fabriken der Zukunft spiralförmig sein? Ein Forscherteam sucht nach Vorbildern in der Natur, um industrielle Produktion effizienter zu machen. Die Gebäude sollen mit neuen Konzepten mitwachsen können.
Nautilus-Schalen wachsen mit dem Tier mit. Ameisen suchen sich immer den schnellsten Weg und können ihn sofort an ein Hindernis anpassen. Und Spinnen bauen ihre Netze so, dass der Weg zur Beute optimiert ist. Diese Beispiele für Flexibilität und Effizienz in der belebten Natur können die Logistik weiterbringen, ist Daniel Tinello von der TU Graz überzeugt.
Er beschäftigt sich mit der Logistik in Fabrikgebäuden. Dabei geht es darum, wie die Wege, auf denen das Material innerhalb der Fertigungshallen von einem Produktionsschritt zum nächsten transportiert wird, möglichst effizient gestaltet werden können.
Diese Frage gibt es schon so lange, wie es Fabriken gibt. Daher werden die Gebäude üblicherweise sehr effizient gebaut. Neue Herausforderungen für die Logistik entstehen aber immer dann, wenn etwas geändert wird. „Die Effizienz leidet darunter, wenn ein neues Produkt kommt oder mehr produziert werden soll“, sagt Tinello. Er will daher mit einem internationalen Team Konzepte für Fabriken entwerfen, die sich schnell an neue Produkte oder eine größere Produktion anpassen lassen. Zugleich sollen die neuen Gebäude aber von Anfang an effizienter sein als derzeitige Fertigungshallen. Für das von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG unterstützte Projekt nutzt das Team Bionik, wendet also Prinzipien der Natur auf die Technik an.
Hilfreich ist dabei die Fibonacci-Folge, eine Zahlenreihe, die der italienische Mathematiker Leonardo Fibonacci bereits im 13. Jahrhundert entwickelt hat, um Vorgänge in der Natur mathematisch zu beschreiben. So wachsen zum Beispiel die meisten Blüten oder eben die Nautilus-Schale nach diesem Prinzip – in Spiralform.
Für Fabriken könnte diese Form einerseits kürzere Wege im Fertigungsprozess bedeuten. Andererseits könnten sie, wie das natürliche Vorbild, besser erweitert werden als konventionelle Gebäude.
Fabriken als Bienenwaben
Werden die Fabriken der Zukunft also die Form einer Nautilus-Schale haben? Nicht unbedingt, denn das ist nur eine der Möglichkeiten, die Tinello und sein Team für die Simulation von Fertigungsprozessen in Vorarbeiten zum Projekt getestet haben. Auch spinnennetz- oder bienenwabenförmige Fabriken wurden simuliert.
Ob das Konzept aus der Natur dabei effizienter ist als das konventionelle und welches Bionikprinzip am besten funktioniert, hängt davon ab, was produziert wird. „Eine Fabrik, in der linear ein Schritt auf den anderen folgt, hat ein ganz anderes Wegenetz für Materialien, als eine, in der Werkstättenproduktion vorherrscht. Dort geht das Produkt während des Prozesses immer wieder zwischen verschiedenen Abteilungen hin und her“, erklärt Tinello.
In den Untersuchungen zeigte sich, dass mit der Spiralform nur bestimmte Produktionstypen effizienter werden. Bei manchen Typen schnitten hingegen die anderen untersuchten Formen besser ab. Und teilweise war die derzeitige Produktionsform im Vergleich weiterhin die effizienteste.
Bis aus den Ergebnissen allgemein anwendbare Regeln abgeleitet werden können, brauche es weitere Forschung, sagt Tinello. Im Moment seien etwa die Kosten für Umbauten noch gar nicht eingerechnet. Schneller könnten sich die neuen Erkenntnisse bei Fabriksneubauten einsetzen lassen. Dort könnte von Anfang an eine Fertigungsstätte geplant werden, die mit neuen Herausforderungen mitwächst – ganz wie das natürliche Vorbild, die Nautilus-Schale. (pe)
("Die Presse", Print-Ausgabe, 23.01.2016)