Die industrielle Produktion hat sich in den vergangenen Jahren stark verändert: Wo früher auf große Mengen des immer gleichen Produkts gesetzt wurde, steht heute die Individualisierbarkeit im Vordergrund. „In Zukunft sollten sich Fabriken schnell verändern können, um heute ein Auto, morgen einen Traktor und übermorgen einen Kinderwagen zu produzieren“, erklärt TU Graz-Forscher Daniel Tinello vom Institut für Technische Logistik. Im Bereich Elektronik beispielsweise kommt es fast wöchentlich zu Produktneueinführungen, an die die produzierenden Fabriken angepasst werden müssen. Und das möglichst zeit- und kostensparend.
So effizient, wie diese Fabriken im Idealfall arbeiten sollen, laufen viele Vorgänge in der belebten Schöpfung ab: Blumenblätter wachsen nach einem genauen Muster, das den vorhandenen Platz und die Sonneneinstrahlung optimal ausnutzt, Ameisen finden immer den schnellst möglichen Weg zu ihrem Futter und das Leben in einem Bienenstock ist von innen heraus bestens organisiert. Die Bionik nimmt sich genau solche Musterbeispiele aus der Natur zum Vorbild, um aktuelle Problemstellungen zu lösen.
Ein Spinnennetz als Vorbild für ein Fabrikslayout.
Modell "Spinnennetz"
Dieser Vorbilder bedient sich auch Daniel Tinello, Projektleiter des Anfang März gestarteten und von der FFG geförderten Projekts "BioFacLay": Beispiele aus der Natur sollen helfen, Fabriken möglichst effizient zu planen und die innerbetrieblichen Transportwege möglichst wirtschaftlich zu gestalten. "Wenn Tiere und Pflanzen so wachsen, warum nicht auch eine Fabrik?", erklärt er den Ansatz.
Untersucht man Wachstumsvorgänge in der Natur, stößt man regelmäßig auf Zahlen aus der Fibonacci-Folge. Der gleichnamige italienische Mathematiker Fibonacci beschrieb mit seiner Folge natürlicher Zahlen im 13. Jahrhundert das Wachstum einer Kaninchenpopulation. Man findet dieses Prinzip beispielsweise auch in den Schuppen einer Ananas, der Anordnung der Sonnenblumenkerne oder der schneckenförmigen Nautilusschale. Diese Art des Wachstums nutzt den vorhandenen Platz und die Lichtverhältnisse optimal aus. "Und schön ist es auch noch", lacht Tinello. "Wir nehmen die Fibonacci-Folge nun quasi als Designvorlage für unsere Fabrikslayouts her."
Auch eine Nautilusschale kann zum Vorbild werden.
In Vorarbeiten zum gerade gestarteten Projekt haben die Forschenden Layouts von real existierenden Fabriken nach bionischen Prinzipien umgestaltet. Die Ergebnisse dieser Versuche wurden sowohl mit dem bestehenden Layout als auch mit klassischen Gestaltungsvarianten aus der Logistik verglichen. Mit interessanten Ergebnissen, wie Tinello erzählt: "In manchen Fällen konnte das bestehende Layout die besten Werte erzielen, in sehr vielen zeigten aber die bionischen Systeme enormes Verbesserungspotential." Welche Variante die jeweils beste sei, sei stark von der Produktionsart und vom Produkt abhängig.
BioFacLay
Noch nicht einberechnet wurden in diesen Versuchen aber die Kosten notweniger Fabriksumbauten, sollte ein bionisches Layout gewählt werden. Das soll mit "BioFacLay" nachgeholt werden: Gearbeitet wird mit einem internationalen Team, bestehend aus Forschenden der TU Graz, der TU Wien der Universität Tübingen und der Brandenburgischen Technischen Universität in Cottbus. "Zuerst suchen die Biologen in unserem Team nach geeigneten Vorbildern aus der belebten Schöpfung, dann überprüfen wir sie in Graz anhand von Simulationen mit realen Daten, die uns unser Industriepartner KNAPP AG zur Verfügung stellt. Währenddessen werden die Varianten mit relevanten Parametern verglichen und das Potential bewertet", erklärt Tinello.
Zu Projektende 2018 will man dann ein Set gut einsetzbarer bionischer Systemdesignmuster präsentieren und der weiteren Forschung zur Verfügung stellen.
