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Clusterreport Optik & Photonik

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Clusterreport Optik und Photonik – Forschung & Industrie | Mikrosystemtechnik 104 4.6 Mikrosystemtechnik – Backbone von Innovationen „Nur wenige Branchen haben sich in den letzten Jahren so rasant entwickelt wie die Mikrosystemtechnik. Hochleistungsfähige miniaturisierte Elektronik hat die digitale Revolution ausgelöst und uns neue Anwendungsfelder in der Sensorik erschließen lassen. Mit innovativen, energieeffizienten und kostengünstigen Produkten aus Berlin und Brandenburg treiben wir nationale und internationale Entwicklungen im Automobil, in der Medizin oder Kommunikationstechnik entscheidend voran.“ Peter Krause | Handlungsfeldsprecher Mikrosystemtechnik, First Sensor AG Wenn wir heute über die nächsten Schritte in der industriellen Entwicklung nachdenken, dann bestimmen Begriffe wie Internet der Dinge (IoT), Industrie 4.0, Cyber Physical Systems oder Smart-X die Debatte in Deutschland. Alle Ansätze basieren auf der Idee, über Sensoren und Aktoren die reale, physikalische Welt mit der virtuellen Welt zu verbinden, in der softwarebasiert Datenverarbeitung und Informationsspeicherung erfolgen. Die Mikrosystemtechnik liefert heute die wesentlichen Bausteine für genau diese Entwicklungen. Durch die verteilte und vernetzte Datenerfassung, -verarbeitung und Prozesssteuerung sind völlig neuartige Konzepte für die Sammlung, Bereitstellung und Auswertung von Maschinen-, Prozess- oder Servicedaten möglich. Das McKinsey Global Institute (MGI) führt aus, dass das sogenannte Internet der Dinge, also die intelligente Vernetzung von Geräten und Maschinen über das Internet, einen weltweiten wirtschaftlichen Mehrwert von umgerechnet bis zu 11 Billionen Euro im Jahr 2025 schaffen kann. PricewaterhouseCoopers stützt diese Feststellung und sieht durch Industrie-4.0-Anwendungen allein in der Produktion ein wirtschaftliches Potenzial von 3,4 Billionen Euro, bedingt durch höhere Produktivität, mehr Energieeffizienz und sicherere Arbeitsplätze. Eine Einschätzung, die zwar nicht in allen Punkten, aber doch in der Tendenz und vor allem im Hinblick auf den technischen Wandel auch vom Branchenverband BITKOM geteilt wird. Oft vernachlässigt wird bei derartigen Betrachtungen, woher die Daten kommen und wie diese in das Netzwerk eingespeist und vorverarbeitet werden. Meist wird stillschweigend vorausgesetzt, dass miniaturisierte, multifunktionelle und autark operierende Elektroniksysteme diese Daten verarbeiten. Als „Smart Systems“ wirken sie auch auf die von ihnen gesteuerten Systeme zurück. Denn nur diese sind in der Lage, die notwendige Schnittstelle (Hard- und Software) zwischen physikalischer und digitaler Welt herzustellen. Damit dies möglich ist, müssen die Elektronik- und Mikrosystemtechnikprodukte extrem vielseitig und miniaturisiert sowie robust und langlebig sein. Hinzu kommt ein neuer Aspekt: Zukünftige Elektroniken werden immer mehr in Anwendungssystemen aufgehen. Die Zeit der eigenständigen, nachträglich montierten Komponenten wird abgelöst von vollständig integrierten und an das Anwendungssystem angepassten Elektroniken. Diese vollständige Integration in das aufnehmende System verbunden mit erweiterter Funktionsvielfalt, extremer Miniaturisierung sowie Robustheit und Langlebigkeit lassen die Komplexität beim Aufbau elektronischer Systeme stark ansteigen. Gefordert sind nunmehr Integrationstechnologien, die den ständig steigenden Anforderungen hinsichtlich kleinster Baugrößen, geringer Verlustleistung, großer Frequenzbereiche, hoher Zuverlässigkeit bei niedrigen Fertigungskosten und auch bei kleinen bis mittleren Stückzahlen Rechnung tragen. Berlin und Brandenburg sind für derartige Entwicklungen mit ihrer Quantität und Qualität relevanter Institutionen und Firmen auf allen Wertschöpfungsstufen ein idealer Standort. Von der Forschung bis zum Systemintegrator Eine enge Zusammenarbeit aller Partner aus den unterschiedlichen technischen Bereichen unter Nutzung der sie umgebenden Forschungsinfrastruktur ist für solche Innovationen unerlässlich. Hier bieten Berlin und Brandenburg hervorragende Rahmenbedingungen. Mit den technischen Universitäten und Hochschulen in Berlin, Wildau, Cottbus-Senftenberg, den starken Informatikstandorten an der FU Berlin, der HU Berlin sowie der Universität Potsdam in Verbindung mit international anerkannten außeruniversitären Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft, der Leibniz-Gemeinschaft und der BAM kommt hier eine fast einmalige qualitative und quantitative Dichte zusammen.

105 Clusterreport Optik und Photonik | Mikrosystemtechnik Auf der industriellen Seite sind Berlin und Brandenburg international für die Entwicklung und Herstellung von Komponenten wie Sensoren, Aktoren und der dazugehörigen Signalverarbeitung bekannt. Der internationale Ruf wird durch Aktivitäten der Unternehmen wie First Sensor, Pepperl + Fuchs, EPCOS oder der Baumer Group stetig gestärkt. Traditionell stark ist die Region bei den sogenannten Systemintegratoren, also solchen Unternehmen, die Sensoren und Aktoren zusammenführen zu einem Messsystem. Mittelständisch geprägt, sind in dieser Gruppe viele „Hidden Champions“ zu finden. Unternehmen wie IMC Messtechnik, Prignitz Mikrosystemtechnik, GED Electronic Design, DResearch oder ESYS sind meist nur Fachleuten bekannt, aber nicht minder innovativ. Ergänzt werden diese Unternehmen durch Anbieter von Materialien, Leiterplatten und Packagingdienstleistungen, wie etwa micro resist technology, PacTech, hmp Heidenhain Mikroprint, Contag oder AEMtec. Software nimmt im Internet der Dinge eine wichtige Rolle ein. Hier befruchten die vorgenannten Unternehmen eine rasante Entwicklung mit ca. 500 Neugründungen pro Jahr. Damit steht die Region als Start-up-Hochburg in Europa gleichauf mit London und Paris. Hinzu kommen Entwicklungszentren von international führenden Unternehmen wie SAP, Bosch oder der Software AG. Kleine Systeme für große Branchen: Internet of Things Internet der Dinge heißt, dass Technologieanbieter und -nutzer, New und Old Economy sowie Hard- und Software eng zusammenarbeiten müssen. Hierbei können sich die oben genannten Unternehmen auf eine starke Industrie aus den Bereichen Verkehrstechnik (Bombardier, BMW, Daimler-Benz), Steuerungs- und Regelungstechnik (Hosch, Kieback&Peter), Maschinen- und Anlagenbau (Hielscher, Specs), Energietechnik (Siemens), Medizintechnik (Biotronik, Otto-Bock), Luft- und Raumfahrttechnik (Rolls Royce), Sicherheitstechnik (Bundesdruckerei) sowie Logistik (Deutsche Bahn) stützen, die vermehrt auf technisch anspruchsvolle Produkte und integrierte Dienstleistungen setzen und verstärkt Elektronik und IT in ihre Produkte integrieren. In der Summe aller Akteure werden in der Region für alle Ebenen des Internet of Things disruptive Innovationen vorangetrieben, die durch elektronische Komponenten, intelligente Firmware und neue Architekturen adressiert werden und dabei insbesondere industrielle Bedürfnisse in den Fokus stellen, wie etwa im Bereich autarker Mikrosysteme die Punkte: • Robustheit und Wartungsfreiheit (kein Batteriewechsel während Lebensdauer) • Latenzanforderungen bis hinab zu 1 ms • Sicherheit, die mit kabelgebundener Sensorik vergleichbar ist • Robustheit und energetische Effizienz der Datenübertragung • Zuverlässigkeit auch unter industriellen Umgebungsbedingungen und minimaler Bedarf an zusätzlicher Infrastruktur (Kabelverlegung) Mikrosysteme vereinen die wissenschaftlichen Disziplinen in der Region Die große Stärke der Region Berlin Brandenburg ist die Vernetzung. Und in der Mikrosystemtechnik ist sie besonders wertvoll: Hier forschen mehr als 20 Einrichtungen in den verschiedenen Bereichen der Mikrosystemtechnik. In Berlin gehören dazu die BAM, das Helmholtz-Zentrum Berlin mit dem Elektronenspeicherring BESSY, die Leibniz-Institute FBH und IKZ, die Fraunhofer-Institute IZM und IPK sowie Institute der TU und der HU Berlin. In Brandenburg sind die Aktivitäten breit verteilt, jedoch sind die Institutionen in der Region und darüber hinaus eng vernetzt. Aber auch die Universitäten und Hochschulen in Cottbus, Senftenberg, Potsdam, Wildau und Brandenburg sind aktiv an neuen Entwicklungen beteiligt. Dazu kommen diverse Institute der Fraunhofer-Gesellschaft oder Leibniz-Gemeinschaft, die für eine vitale Forschungslandschaft sorgen. Vernetzte Großprojekte Im Leistungszentrum „Digitale Vernetzung“ bündeln die vier Fraunhofer-Institute Fraunhofer FOKUS, Fraunhofer HHI, Fraunhofer IPK und Fraunhofer IZM ihre Kompetenzen in den Bereichen Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT), Datenverarbeitung, Produktion und Mikroelektronik. Für Industriepartner und öffentliche Einrichtungen besteht die Möglichkeit, im Rahmen von Forschungsprojekten mit den beteiligten Fraunhofer-Instituten zu kooperieren. Das Leistungszentrum „Digitale Vernetzung“ entwickelt Technologien und Lösungen, die der zunehmenden Digitalisierung und Vernetzung

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