IGF-Vorhaben 01IF23905N: Entwicklung und Validierung einer Programmierumgebung zur Anwendbarkeit autonomer mobiler Roboter unter schiffbaulichen Bedingungen (RunInspect)

 

Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP​
Prof. Dr.-Ing. habil. Jan Sender, M.Sc. Konstantin von Haugwitz, M.Sc. Till Braun

Universität Rostock – Fakultät für Agrar, Bau und Umwelt – Professur für 3D-Messsung, Auswertung und Monitoring im Produktionsumfeld​
Prof. Dr.-Ing. Michael Geist, N.N.

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2026 bis 30.06.2028

Kurzfassung

Forschungsziel:
In dem Forschungsvorhaben „RunInspect“ sollen bestehende Ansätze zur vereinfachten Programmierung weiterentwickelt und auf ein mobiles Robotersystem adaptiert werden, um mobile Laufroboter im Bereich der automatisierten Vermessung von Schiffen in der Endausrüstung einsetzen zu können.
Problemstellung:
Im Schiffbau sind automatisierte Prozesse bisher auf die Herstellung von offenen Strukturen wie das Schweißen von Paneelen begrenzt. In der Fertigungsphase der Endausrüstung finden zahlreiche manuelle Montage- und Prüfaufgaben durch Gewerke (KMU) statt. Aufgrund der geschlossenen Struktur und der fehlenden Zugänglichkeit für herkömmliche Automatisierungssysteme wie Krananlagen findet dort noch keine Automatisierung statt. Dies betrifft monotone und wiederkehrende Aufgaben wie die Vermessung der Innenräume. Diese ist notwendig, um einen hohen Vorfertigungsgrad bei zugelieferten Komponenten zu erreichen, Nacharbeiten zu vermeiden und Aufschluss über den Ist-Bauzustand zu erhalten. Aktuell am Markt verfügbare Laufroboter sind in der Lage, sich in der Endausrüstung zubewegen. Allerdings ist ihre Programmierung noch zu komplex, um für derartige Aufgaben eingesetzt werden zu können, weshalb zunächst ihre Anwendbarkeit verbessert werden muss.
Lösungsweg:
Existierende Software wie das Robot Operating System ROS erlaubt Experten eine Programmierung von komplexen Aufgabenstellungen. Um eine Roboterprogrammierung durch Laien zu erreichen, bedarf es der Weiterentwicklung aktueller No-Code/ Low-Code Ansätze in ROS. Konzepte wie eine blockbasierte Programmierumgebung bieten das Potenzial die Anwendbarkeit mobiler Roboter zu verbessern.
Nutzen für KMU:
Die durch den Roboter gesammelten Daten ermöglichen eine bessere Prozessplanung der im Schiff tätigen Gewerke. Dienstleister wie Vermessungsbüros könnten zukünftig neue Leistungen anbieten und tagesaktuelle Informationen verarbeiten. Denkbar ist eine Lizenzierung von weiteren durch KMU entwickelten Anwendungen.

IGF-Vorhaben 01IF24211N: Sicheres Lichtbogenbolzenschweißen ohne Keramikring an austenitischen Werkstoffen für schiffbauliche Anwendungen durch kombinierte Schutzgas- und Prozessmodifikation sowie Prozessmonitoring (EasyStuds)

 

Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP​
​Prof. Dr.-Ing. Knuth-Michael Henkel, Dr.-Ing. Oliver Brätz (SFI/IWE), Dr.-Ing. Andreas Gericke

Bearbeitungszeitraum: 01.08.2025 bis 31.01.2028

Kurzfassung

Im Schiffbau werden typischerweise mehrere tausend Bolzen als Funktionselemente je Schiff, in unterschiedlichen Ausführungen verschweißt. Bei vielen Anwendungen werden nichtrostende, austenitische Bolzen verwendet, die in hochkorrosiv belasteten Strukturen oder bei nichtmagnetisierbaren Schiffstypen zum Einsatz kommen. Derzeit reicht die Ausführungsqualität der mittels Keramikring und Hubzündung geschweißten Bolzen für die Beschichtung, Ermüdungsfestigkeit und Spaltkorrosion nicht aus, so dass eine aufwendige Schweißwulstnachbehandlung durch WIG-Umschmelzen oder Beschleifen stattfinden muss. Der zusätzliche Mehraufwand ist in Anbetracht der Anzahl an Schweißungen immens. Dadurch können die typischen Vorteile des Bolzenschweißens nicht ausgeschöpft werden. Weiterhin bedeutet der zusätzliche Wärmeeintrag eine höhere thermische Belastung des Materials und der Gesamtstruktur, was zu Gefügebeeinflussungen, Eigenspannungen und Verzug führt. Im hier verfolgten Ansatz soll das Lichtbogenbolzenschweißen für austenitische Bolzen bis M16 modifiziert werden, sodass auf die Verwendung von Keramikringen und damit einhergehenden Nacharbeiten verzichtet werden kann. Es sollen zum einen die aus anderen Lichtbogenprozessen bekannten Potenziale dotierter Schutzgase ausgenutzt werden, welche das Wärmeübergangs-, Abschmelz- und Einbrandverhalten signifikant beeinflussen können.
Gleichzeitig soll der Schweißprozess dahingehend angepasst werden, dass das Verlaufen der Schmelze insbesondere bei Zwangslagenschweißungen vermieden wird. Für dieses Anwendungsgebiet sollen die Schweißparameter optimiert und das Potenzial eines magnetisch ausgelenkten Lichtbogens untersucht werden. Parallel dazu soll ein Monitoringsystem entwickelt werden, welches auf Basis von KI-Methoden die elektrischen Signalcharakteristika auswertet und somit eine Prozessevaluation und Qualitätsprognose ermöglicht. Davon profitieren Werften und fertigende Betriebe sowie insbesondere ausführende und zuliefernde KMU.

IGF-Vorhaben 01IF23905N: Bewertung des Einflusses von Schiffsbetriebsbedingungen auf die Alterung von Schiffsbatterien (ESHA)

 

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. – Institut für Maritime Energiesysteme
Prof. DSc. (Tech.) Sören Ehlers, Dr. Dheeraj Gosala, Dr. Vaidehi Gosala

Technische Universität Hamburg – Arbeitsgruppe Schiffsmaschinenbau
Prof. Dr.-Ing. Friedrich Wirz, M.Sc. Baptiste Hochfellner

Bearbeitungszeitraum: 01.07.2025 bis 31.12.2027

Kurzfassung

Batterien werden eine Schlüsselrolle bei der Erreichung des IMO-Ziels spielen, die Treibhausgasemissionen der internationalen Schifffahrt bis 2050 auf Null zu reduzieren. Viele neue Batterietechnologien werden derzeit erforscht und bewertet, um die Anforderungen an Leistung und Lebensdauer für den Einsatz an Bord zu erfüllen. Dabei ist die Beurteilung der Batterielebensdauer zwar komplexer, aber entscheidend für die Bewertung und den sicheren Betrieb. Die derzeit für die Modellierung der Batteriedegradation verwendeten Labordaten spiegeln den Betrieb an Bord nicht wider. Daher werden in diesem Projekt Methoden zur zuverlässigen Vorhersage der Degradation von Schiffsbatterien entwickelt:
• Entwicklung von repräsentativen Testprofilen auf der Grundlage gemessener Betriebsdaten
• Testen von Batteriezellen unter dem generierten Testprofil
• Entwicklung von präzisen, effizienten Modellen für die Degradation von Batterien
• Systemanalyse für ein ökonomisch-ökologisch optimiertes Schiffsdesign
• Empfehlungen für Degradationstestverfahren, die Modellentwicklung und die Nutzung
Es wird erwartet, dass die Methoden KMUs zugutekommen, die ein integraler Bestandteil der maritimen Batterie-Wertschöpfungskette sind (Batterieentwickler, Schiffsbauer, Dienstleister und Betreiber) und außerdem Ausfälle von Schiffsbatterien verhindern, die erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen haben können. Die Methoden werden
• Entwicklern von Batterien helfen, genauere und realistischere Vorhersagen über die Degradation von Batterien im Labor während der Entwurfsphase zu treffen
• Schiffsbauern und -betreibern die Auswahl der richtigen Batterie für ihre Anwendung erleichtern und die Einführung von elektrifizierten Technologien fördern
• Förderung der Entwicklung von standardisierten Bewertungsverfahren für Schiffsbatterien
• Förderung der Entwicklung von Verfahren zur Überwachung und Bewertung installierter Batterien durch Klassengesellschaften, um Batteriebrände zu verhindern

IGF-Vorhaben 01IF23394N: Kostensimulation von Instandhaltungs-Strategien im Seeverkehr (KISS)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen CML
Prof. Dr.-Ing. Carlos Jahn, M.Sc. Steffen Klöver, M.Sc. Maximilian Reimann

Bearbeitungszeitraum: 01.04.2025 bis 30.09.2026

Kurzfassung

Ziel des Vorhabens KISS ist es, ein speziell für die Anforderungen der maritimen Branche zugeschnittenes Referenzmodell für das Instandhaltungsmanagement zu entwickeln. Dieses ermöglicht es für einzelne Schiffssysteme eine präventive, korrektive oder zustandsbasierte Instandhaltung unter realitätsnahen Einsatzbedingungen eines Schiffes zu simulieren und so unterschiedlich ausgestaltete Instandhaltungsstrategien anhand ökonomischer Kennzahlen zu bewerten. Dabei ist auch die räumliche Komponente der Instandhaltung weltweit agierender Schiffe zu berücksichtigen.
Hierzu wird ein simulationsgestütztes, szenariobasiertes Referenzmodell zur quantitativen Bewertung von Instandhaltungsstrategien im Seeverkehr anhand der Kosten, Verfügbarkeit und ggf. Umwelteinflüssen entwickelt. Es wird eine dynamisch diskrete Simulation vorgenommen, die den Realbetrieb mit ausreichender Genauigkeit abbildet. Eine Konfiguration für spezifische Anwendungsfälle ist über Eingangsparameter möglich. Eine modulare Struktur gewährleistet die einfache Konfiguration für verschiedene Schiffssysteme, -typen und Nutzungsprofile.
Als Ergebnis können konkrete Aussagen getroffen werden, für welche Schiffssysteme unterschiedlicher Schiffstypen die Einführung von zustandsbasierter Instandhaltung Vorteile gegenüber zeitbasiert präventiven sowie korrektiven Verfahren mitbringt. Im Speziellen sollen KMU der Wirtschaftszweige Schiffbau, maritime Zulieferindustrie und Seeschifffahrt von KISS profitieren. Werften können so z.B. beim Schiffsentwurf als Kundenservice die ökonomischen Auswirkungen verschiedener Instandhaltungsstrategien abschätzen, Zulieferer von Komponenten und CBM Systemtechnik können Anforderungen der späteren Instandhaltung besser in die Produktenwicklung einfließen lassen und Reedereien können Chancen durch innovative Ansätze wie zustands- und prognosebasierter Instandhaltung optimal nutzen.

IGF-Vorhaben 01IF23632N: Multisensorische Klebnahtprüfung im Schiffbau (Joint-Inspect)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing. Linda Fröck, Dr. Christian Scharr 

Bearbeitungszeitraum: 01.03.2025 bis 30.06.2027

Kurzfassung

Ein effizientes Prüfverfahren ist eine wesentliche Voraussetzung, um die Akzeptanz von Klebungen im Schiffbau drastisch zu steigern und damit die Fertigung zu vereinfachen sowie bisher ungenutzte Leichtbaupotenziale freizusetzen. Etabliert ist neben der Sichtprüfung die manuelle und stichprobenartige Ultraschallprüfung an ausgewählten Verbindungen. Im Schiffbau werden das Fügen, die Inspektionen und die Reparaturen von Klebverbindungen in großer Mehrheit von KMU durchgeführt. Diese Zulieferbetriebe werden wesentlich von einer Zunahme an Klebanwendungen profitieren.
Im FSM-Vorhaben Klebschichtinspektionsmethoden wurden am Fraunhofer IGP unterschiedlichste Prüfverfahren für Klebverbindungen erprobt.
Hierbei hat sich gezeigt, dass an strukturellen Klebungen eine Analyse lokaler Eigenschwingungen dieselben Fehlertypen wie die etablierte Ultraschallprüfung erkennen kann. Während die Ultraschallsignale aufgrund ihrer Komplexität durch spezialisiertes Personal ausgewertet werden müssen, bietet der reduzierte Merkmalsraum der Schwingungsanalyse enormes Potential zur Automatisierung und Objektivierung der Prüfung.
Im Vorhaben Joint-Inspect wird daher die Resonanzanalyse als Grundlage eines mobilen Prüfsystems zur schnellen Erstbewertung struktureller Klebungen genutzt. Mit einer Umsetzung als handgeführtes System zur einseitigen Anwendung und einer automatisierten Auswertung wird ein großflächiger Einsatz ermöglicht, ohne dass hoch spezialisiertes Personal nötig ist, ideal für die Anwendung durch Techniker in KMU. Durch die Kombination mit einem visuellen Inspektionssystem wird eine lückenlose Prüfung und Dokumentation realisiert, die die bisherige rein subjektive Sichtprüfung ersetzen soll. Lokalisierte Messdaten erlauben bei wiederkehrender Prüfung eine Bewertung des Langzeitverhaltens der Klebungen. Anhand der Ergebnisse dieser Erstbewertung können aufwändigere Prüfverfahren, die Schäden bspw. mittels Ultraschall räumlich auflösen, bedarfsgerecht eingesetzt werden.

IGF-Vorhaben 01IF23432N: Steigerung der Langzeitbeständigkeit biobasierter Faserkunststoffverbunde für den Einsatz im Schiffbau (BioFKVSchiff)

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik (IGP)​
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing. Stefan Schmidt, M.Sc. Alex Frederick Liebau

Bearbeitungszeitraum: 01.10.2024 bis 30.06.2027

Kurzfassung

Faserkunststoffverbunde (FKV) können aufgrund guter gewichtsspezifischer Eigenschaften zum Leichtbau in der Schifffahrt beitragen, was den Treibstoffverbrauch und die CO2-Emissionen senkt. Die Herstellung konventioneller Fasern und Kunststoffe ist allerdings mit einem hohen CO2-Ausstoß verbunden. Bio-FKV aus Flachsfasern und Bio-Polymeren besitzen ein niedrigeres Treibhausgaspotential und können so ganzheitlich zur CO2-Neutralität beitragen. Allerdings sind Bio-FKV anfällig gegenüber Impact-Belastungen und Witterungseinflüssen, was ihren Einsatz im Schiffbau hemmt.
Ziel des Projekts „BioFKVSchiff“ ist es, die Beständigkeit von Bio-FKV zu verbessern, indem das Zusammenwirken der einzelnen Materialien optimiert wird. Zum einen soll durch eine Faservorbehandlung die Faser-Matrix-Anbindung verbessert werden, was mit erhöhten mechanischen Eigenschaften und reduzierten Wasseraufnahmen verbunden ist. Zum anderen soll durch Beschichtungssysteme zur UV- und Witterungsstabilisation die Leistungsfähigkeit der Bio-FKV im Einsatz gesteigert werden. Dazu sind unterschiedliche Beschichtungen bezüglich ihrer Schutzwirkung bei künstlicher und natürlicher medialer Bewitterung sowie nach Rissinitiierung zu vergleichen.
Zum Projektende liegt ein optimierter Bio-Verbundwerkstoff vor, dessen hohes mechanisches Eigenschaftsprofil sowie optimierte Witterungs- und Schlagbeständigkeit einen Einsatz unter maritimen Bedingungen ermöglicht. Bei der Entwicklung des Bio-FKV und der zur Herstellung notwendigen Verfahren und Ausgangsmaterialien werden das End-of-Life und die Recyclingfähigkeit des Verbundwerkstoffes berücksichtigt.