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Advanced Systems Engineering für die Arbeitsgestaltung von Cyber-technischen Systemen (CyberTech)

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Neue Wege der Zusammenarbeit von Technik und Mensch bei der agilen Produktentwicklung Neue Wege der Zusammenarbeit von Technik und Mensch bei der agilen Produktentwicklung

Forschungsziel: Ziel des Forschungsprojekts CyberTech war die Erarbeitung von geeigneten, softwarebasierten Werkzeugen zur Informationsintegration im Entstehungsprozess von Maschinen und Anlagen. Dabei spielte die menschzentrierte Arbeitsgestaltung, basierend auf digitalisierten Prozessen und Methoden, eine maßgebliche Rolle innerhalb der Organisation von Unternehmen. Durch Schulungskonzepte und Gestaltungshinweise konnten Mitarbeitende unterstützt und Arbeitsabläufe optimiert werden. Die prototypische Umsetzung erfolgte durch den Aufbau sowie die virtuelle und physische Inbetriebnahme von Demonstratoren in der Medizintechnik. Durch die erarbeiteten sozio-technischen Methoden, Schulungskonzepte und Leitfäden kann die Komplexität zukünftiger Entwicklungsprozesse für selbstoptimierende Maschinen bzw. Dienste menschzentriert beherrscht werden. Die Erkenntnisse werden darüber hinaus in wissenschaftlichen Lehr- und Lernlaboren für die Aus- und Weiterbildung vor allem für KMU zugänglich gemacht.

Ansprechperson Projektkoordination

Dr. Sven Kleiner
+49 6151 7376-133
sven.kleiner@em.ag

Ansprechperson bei PTKA

Dipl.-Ing. Stefan Scherr
+49 721 608-25286
stefan.scherr@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung
Die ausgeprägte, vernetze Entwicklungsarbeit über den gesamten Produktlebenszyklus und über Unternehmensgrenzen hinweg sowie eine an den Produktentstehungsprozess angepasste Arbeitsorganisation erfordern eine angepasste Herangehensweise. Beispielsweise verstärkt der vermehrte Einsatz von Sensorik in Maschinen und Anlagen die Komplexität des Produktentstehungsprozesses von neuartigen Maschinen und Anlagen zu cyber-physischen Systemen. Bei diesen stehen nicht nur die konstruktive Auslegung sowie Automatisierungstechnik im Fokus, sondern auch der zunehmende Austausch sowie die Analyse vorhandener und verteilter Daten, beispielsweise für eine vorausschauende Wartung und neuartige Dienstleistungskonzepte. Damit ein Zusammenspiel von Nutzern, Monteuren und Entwicklern reibungslos funktionieren kann, waren dazu geeignete Methoden und neue Schulungsmaßnahmen bereitzustellen.

Projektziel
Ziel des Forschungsprojekts CyberTech war die Erarbeitung von geeigneten, softwarebasierten Werkzeugen zur Informationsintegration im Entstehungsprozess von Maschinen und Anlagen. Dabei spielte die menschzentrierte Arbeitsgestaltung, basierend auf digitalisierten Prozessen und Methoden, eine maßgebliche Rolle innerhalb der Organisation von Unternehmen. Durch Schulungskonzepte und Gestaltungshinweise konnten Mitarbeitende unterstützt und Arbeitsabläufe optimiert werden.

Vorgehensweise
Dies erforderte eine systematische Analyse bereits bestehender Arbeitsumgebungen und die Ableitung von Gestaltungsmöglichkeiten am Beispiel der Medizintechnik. Einerseits wurden auf der organisatorischen Ebene, z. B. mittels agiler und interdisziplinärer Teams, neuartige Arbeitsformen entwickelt und erprobt. Andererseits wurden zur besseren Qualifizierung aller Beteiligten, beispielsweise Schulungsangebote im Bereich arbeitsorientiertes Lernen definiert und in Leitfäden erfasst. Mit Sensordaten aus der späteren Nutzungsphase wurde beispielsweise ein Digitaler Zwilling erzeugt, welcher zur weiterführenden Produktoptimierung verwendet wurde. Unter Verwendung von KI-Methoden wurden hierzu entsprechende Softwarebausteine entwickelt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die prototypische Umsetzung erfolgte durch den Aufbau sowie die virtuelle und physische Inbetriebnahme von Demonstratoren für die Medizintechnik. Durch die erarbeiteten sozio-technischen Methoden, Schulungskonzepte und Leitfäden konnte die Komplexität zukünftiger Entwicklungsprozesse für selbstoptimierende Maschinen bzw. Dienste menschzentriert beherrscht werden. Die Erkenntnisse wurden darüber hinaus in wissenschaftlichen Lehr- und Lernlaboren für die Aus- und Weiterbildung vor allem KMU zugänglich gemacht. Zudem wurden die Ergebnisse über Verbände und Arbeitsgruppen verbreitet sowie für die Fachöffentlichkeit publiziert.

Projektpartner
  • :em engineering methods AG
  • ESI Germany GmbH
  • Mechatronic AG
  • SysDICE GmbH
  • Technische Universität Darmstadt
  • Woco Industrietechnik GmbH
Publikationen
Titel: Development of a Guideline for the Sensor Layout Plan (CyberTech)
Akronym: CyberTech
Autor: Steinbach, T.; Röhm, B.; Anderl, R.;
Veröffentlicht im Jahr: 2022
With the increasing relevance of Industry 4.0 and the associated data-based processes, efficient and structured data collection is becoming increasingly important. Currently, sensors are used in a large majority of industries to enable automation processes and to check product quality. The collected data is evaluated directly in the plant to control processes. Apart from this, other production and usage data are in most cases either not collected at all or not collected in a targeted manner. This is because manufacturing companies are often more focused on the purely functional aspects of a plant and attach too little importance to the potential of data.However, the targeted collection and processing of data will become increasingly important in the future. Some application examples of this are the digital twin, condition monitoring, predictive maintenance or remote access. These applications can significantly optimize industrial production processes concerning the three most important factors of time, cost and quality. The basis of these and other applications is data that must be collected, transmitted and processed in a targeted manner. The aspect of targeting is important so that no relevant data is missing for the intended purposes and sensors have to be retrofitted at great expense. With a view to sustainability, on the other hand, unnecessary data should not be transmitted and stored, so that networks and databases are not unnecessarily burdened.To be able to collect data purposefully, appropriate sensors must be available. Since the retrofitting of such sensors is complex, expensive and sometimes not possible afterwards, the type, number and position of the necessary sensors should already be considered during product and system development. Since there is currently no standardized procedure regarding efficient sensor planning for the development department, it's necessary to develop a guideline for this area that supports the employees. The result of this development on the one hand is the guideline, which suggests and accompanies an efficient procedure for sensor planning. On the other hand, it is the Sensor Layout Plan (SLP) itself, which as a standardized document focuses on the sensor technology in products and plants and maps all relevant information in a holistic approach.The guideline for the SLP is based on a structured approach. It includes a holistic analysis of sensor needs and a model-based methodology for planning sensor selection and placement in products or plants. First step in creating an SLP according to the developed guideline is to analyze the required data and planned data usage. The company's business model plays a primary role. In the second step, the current actual and currently possible data collection is analyzed. Then the selection of the required instruments for data collection takes place. Besides sensors, calculations, for example based on artificial intelligence, or simulations are also possible. After the selection of the sensor technology, the placement and positioning are considered in the hardware and in the software. The topic of data storage and management is considered conclusively.
Titel: Guidelines for systematic functional decomposition in model-based systems engineering (CyberTech)
Akronym: CyberTech
Autor: Kaspar, J.; Cioroi, N.; Bauch, M.; Kleiner, S.;
Herausgeber: IEEE Xplore - digitale Forschungsdatenbank
Veröffentlicht im Jahr: 2022
The increasing complexity in today’s products require an ever more systematic product development process in which the use of model-based systems engineering (MBSE) plays an increasingly decisive role, especially against the background of cross-disciplinary collaboration. Having evaluated the actual state of the art, many companies still have true difficulties when modeling the functional architecture with the help of actual approaches. Thus, a new procedure with concrete guiding rules and control criteria to strategically define and decompose functions for the two perspectives a greenfield and brownfield environment is theoretically introduced and partly applied to a practical example.
Titel: CyberTech_Expertenvideos zu "Advanced Systems Engineering" im YouTube-Kanal des Fraunhofer IEM
Akronym: CyberTech
Autor: Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Veröffentlicht im Jahr: 2021
Eine neue Perspektive für die Wertschöpfung von morgen. In den Forschungsprojekten der Fördermaßnahme „Beherrschung der Komplexität soziotechnischer Systeme – Ein Beitrag zum Advanced Systems Engineering für die Wertschöpfung von morgen (PDA_ASE)“ wird das zukünftige Engineering durch eine Vernetzung und Unterstützung der Aktivitäten des Advanced Systems Engineering (ASE) in Wissenschaft und Wirtschaft erforscht und gestaltet. Advanced Systems Engineering ist ein breites Themenfeld, in dem Technologien, Methoden und Kompetenzen aus verschiedenen Domänen zusammengeführt werden müssen. In mehreren Videos sehen Sie, was unsere Experten dazu sagen. Die Themen: - Advanced Systems Engineering: Auswirkungen auf Organisation und Mensch - Advanced Systems Engineering: einfach erklärt - Advanced Systems Engineering: Ein Leitbild für das Enineering für morgen - Advanced Systems : Engineering neu denken - Advanced Systems: Marktleistungen von morgen - Systems Engineering: Komplexität managen
Titel: CyberTech_Advanced Systems Engineering - neue Videos aus den geförderten Verbundprojekten
Akronym: CyberTech
Veröffentlicht im Jahr: 2023
Informieren Sie sich über neueste Erkenntnisse aus den Verbundprojekten der Förderrichtlinie "Advanced Systems Engineering" und vernetzen Sie sich auf der ASE Community Plattform. Die Kurzvideos aus den geförderten Verbundprojekten informieren über aktuelle Themen des "Advanced Systems Engineering".
Titel: CyberTech_Strategie Advanced Systems Engineering
Akronym: CyberTech
Autor: Fraunhofer IEM
Herausgeber: Fraunhofer IEM
Veröffentlicht im Jahr: 2022
Am Standort Deutschland müssen Unternehmen komplexe technische und soziotechnische Systeme professionell entwickeln und schnell zum nachhaltigen Markterfolg bringen können. Dazu braucht es eine strategische Neuausrichtung des Engineerings. In der Strategie wird gezeigt, wie diese Neuausrichtung von Politik, Unternehmen und Wissenschaft eingeleitet werden kann.
Veranstaltungen

Titel: CyberTech_Hannover Messe - BMBF-Stand

Datum: 22-04-2024 09:00:54 - 26-04-2024 18:00:54

Ort: Hannover

Vom 22. bis 26. April 2024 zeigt die Hannover Messe technologische Trends und Innovationen, die die industrielle Transformation vorantreiben. Unter dem Motto „Die Chancenplattform. Hier beginnt Transformation“ präsentiert das BMBF in der „Future Hub“, Halle 2, Stand A28, wegweisende Exponate. Diese stammen aus Projekten und Initiativen, die zu den vier Schwerpunktthemen „Zukunft der Wertschöpfung“, „Zukunftstechnologien“, „Innovationen und Transfer“ sowie „Zukunftsenergien“ gefördert wurden. Aus dem Forschungsprogramm „Zukunft der Wertschöpfung“ ist ein Highlight die Präsentation eines einheitlichen Datenmodells durch den Zusammenschluss der Projekte CyberTech und DiNaPro. Es ermöglicht die durchgängige Erfassung umweltrelevanter Daten über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg, sodass Nachhaltigkeit ab der ersten Phase der Produktentwicklung berücksichtigt wird. Unterstützung bieten hierbei innovative digitale Assistenzsysteme. Ebenso spannend ist das vom SOW-Projekt entwickelte praxisnahe Set an Methoden- und Softwarewerkzeugen, das die detaillierte Erfassung, Analyse und Simulation von Wertschöpfungsnetzwerken ermöglicht. Unternehmensspezifische Fragestellungen werden abgebildet, bewertet und ausgewählt, um strategische Entscheidungen zu treffen und vernetzte Wertschöpfung zu realisieren. Ein weiterer Höhepunkt ist das TechnoHyb-Projekt, das nachhaltigere Produktionsmethoden und die zirkuläre Nutzung von Ressourcen erforscht. Anhand der Verknüpfung von flexiblen Ladestationen mit Flugwindkraftanlagen demonstriert das Projekt, wie eine unabhängige und mobile Ladeinfrastruktur aussehen könnte.

Titel: CyberTech_system:ability 2024

Datum: 12-06-2024 09:00:48 - 13-06-2024 16:00:48

Ort: Stuttgart

Die technischen Systeme von morgen haben einiges drauf: Sie sind vernetzt, lernen eigenständig und agieren autonom. Und: Sie sind Schlüsselfaktor für eine nachhaltige Wirtschaft und Gesellschaft. Aber wie entwickeln Unternehmen diese Systeme erfolgreich und wettbewerbsfähig? Und wo kommt der Mensch ins Spiel? Die Antwort auf diese Frage liegt im Spannungsfeld zwischen Organisationsgestaltung, Technologie- und Methodenkompetenz. Die Konferenz system:ability ist Forum für Erfahrungsaustausch zwischen Wissenschaft und Wirtschaft mit Fokus auf dem Engineering in der intelligenten und nachhaltigen Produktentwicklung – von aktuellen Forschungsansätzen bis zu konkreten Lösungen aus der industriellen Praxis. Präsentiert werden insb. Ergebinisse aus der Förderrichtlinie "Advanced Systems Engineering" des BMBF. Vertreterinnen und Vertreter aus Wissenschaft und Industrie sind eingeladen, diese Fragen auf der zweitägigen Konferenz zu diskutieren. Die Konferenz bietet an beiden Tagen ein Programm aus Keynotes aus Industrie und Wissenschaft, Fachvorträgen und Workshops in parallelen themenbezogenen Sessions sowie eine begleitende Fachausstellung mit unterschiedlichste Exponaten.

Titel: CyberTech_Adcvanced Systems Engineering Summit 2024

Datum: 12-11-2024 09:00:18 - 13-11-2024 17:00:18

Ort: Stuttgart, Fraunhofer-IAO

Merken Sie sich den nächsten Advanced Systems Engineering Summit vor! Am 12. und 13.11.2024 lädt das Fraunhofer IAO Entwickler, Product Engineers und Entscheidungsträger aus Unternehmen ein, über aktuelle Entwicklungen und Trends im Engineering zu diskutieren: - Komplexitätsbeherrschung durch Advanced Systems Engineering (ASE) - Digitale Zwillinge in Entwicklung, Produktion und Nutzungsphase - Einsatz von Model-Based Systems Engineering für die digitale - Durchgängigkeit in der Produktentstehung - Modellbasierte Gestaltung nachhaltiger Systeme - Steigerung der Flexibilität durch Software-Defined-X - Stärkung der Transparenz durch intelligente Visualisierung und Wertstromanalysen - Künstliche Intelligenz (KI) in der Produktentwicklung Weitere Informationen folgen.

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