Prof. Jumar

Im Projekt KoFundus werden erforschte Methoden und Konzepte sowie die IEC 62657-4 für ein automatisiertes zentrales Koexistenzmanagement industrieller Funkanwendungen analysiert, untersetzt und prototypisch implementiert.

Das Ergebnis ermöglicht es Herstellern, notwendige Schnittstellen und Funktionalitäten in Funkgeräten und -systemen vorzusehen sowie erforderliche Protokolle und Dienste zu integrieren. Methoden zur Bewertung und Steuerung des Koexistenzzustandes werden erprobt und optimiert.

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BEFuel kombiniert die wertschöpfende Aufarbeitung von zwei unabhängigen Abfallströmen zur nachhaltigen Produktion von Kraftstoffen und Tensiden auf Basis von erneuerbaren Energien und leistet einen entscheidenden Beitrag zur Stärkung Deutschlands als technologischer Vorreiter in der Kombination von nachhaltiger Elektrolyse und Biotechnologie.

Das Ziel von BEFuel ist die Entwicklung eines kombinierten bioelektrochemischen Verfahrens zur stofflichen Nutzung von CO₂-haltigen Abgasen für die Produktion hochwertiger Säuren und Alkohole mit 6- bis 8 Kohlenstoffatomen (C6 bzw. C8). Diese werden direkt in Nährlösungen aus Abwasser durch ein biotechnologisches Verfahren gebildet, das auf acetogenen und C-kettenverlängernden Mikroorganismen basiert und mit einer selektiven Produktabtrennung durch ein Membransystem kombiniert wird. Die notwendige Versorgung der Mikroorganismen mit Wasserstoff wird dabei durch einen innovativen Zero-gap-Elektrolyseur mit edelmetallfreien Elektrokatalysatoren sichergestellt. Als elektrochemische Gegenreaktion dient zudem die Oxidation von Abfall-Glycerin, woraus in einem zweiten nachgeschalteten biotechnologischen Prozessschritt mit Hilfe von Actinobakteria nachhaltige Biotenside hergestellt werden.

Abgerundet wird das Projekt durch eine begleitende Bewertung aus technoökonomischer und ökologischer Sicht.

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DAVID ist ein Querschnittsprojekt, das im Umfeld von Manufacturing-X (M-X) das Werteversprechen der digitalen Interoperabilität auf Basis der Asset Administration Shell (AAS) sicherstellt.

Der Fokus liegt auf der Unterstützung und methodischen Begleitung der weiteren M-X-Projekte, von denen Projektergebnisse in Bezug auf die AAS zu erwarten sind. Die Unterstützung zielt insbesondere auf den Entwurf, die Validierung und die Nutzung der AAS in den jeweiligen Anwendungsfällen. Die Harmonisierung im Sinne einer offenen Standardisierung der AAS, die Bereitstellung von erforderlichen Softwaretechnologien und die technische Anbindung der KMU an den Datenraum Industrie 4.0 wird ermöglicht. Es wird damit eine Brücke zwischen den M-X übergreifenden architektonischen Fragestellungen über die Konsolidierung der Teilmodellentwicklung bis zur Qualitätsüberwachung der Umsetzungen geschlagen.

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Das Hauptziel des Verbundvorhabens EMADI ist die prototypische Entwicklung und praktische Erprobung von IKT-Systemen zur Unterstützung öffentlich nutzbarer Systeme für dynamisches, induktives Laden (DWPT) mit den Aspekten Kommunikation zwischen Ladeinfrastruktur und Fahrzeug, Messung der übergegangenen Energie und eichrechtskonforme Abrechnung (EKA). Weitere Ziele sind die Bestimmung der Nachhaltigkeit solcher DWPT-Ladesysteme insgesamt sowie die Entwicklung nachhaltiger Ladestrategien, die auf positiven Effekten des DWPT auf die Batterielebensdauer aufsetzt.
Im Teilvorhaben ifak werden folgende Hauptziele verfolgt:

• Entwicklung von Methoden und Verfahren zur Energiemessung, Kommunikation und Abrechnung des Energietransfer in DWPT-Systemen
• Verwertung der Projektergebnisse durch Transfer in die Normung und Standardisierung.

• Erforschung von Methoden und Verfahren für die messtechnische Ermittlung und Auswertung der Energieflüsse und Verluste in einem DWPT-System
• Entwicklung, Aufbau und Test eines EKA-Systems in Kooperation mit den Industriepartnern,
• Wissenschaftliche und technische Unterstützung der Industrie- und Forschungspartner mit dem Know-How auf dem Gebiet der induktiven Energie- und Datenübertragung,
• Transfer der Projektergebnisse in die Normung und Standardisierung.

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Das Projekt Robot-X hat das Ziel, den Einsatz von robotischen Systemen in vielen Branchen zu erleichtern und somit auch kleinen und mittleren Unternehmen den Zugang zu maßgeschneiderten Robotern und Automatisierungslinien zu verschaffen. Dazu sollen Methoden zur modellbasierten Systementwicklung entwickelt und der Einsatz von Künstlicher Intelligenz zur Entscheidungsfindung genutzt werden.

Entscheidende technische Grundlagen für Robot-X bilden die im Kontext der Plattform Industrie 4.0 entwickelten offenen Komponenten zum Einsatz von digitalen Zwillingen in allen Produktlebenszyklusphasen. Basis ist die Verwendung von Verwaltungsschalen (AAS) und insbesondere die Einbindung der Lösungsansätze von Catena-X für den effizienten und vereinheitlichten Austausch digitaler Daten in der gesamten Lieferkette über geschützte Datenräume. Die Nutzung des durch Catena-X geschaffenen sicheren und dezentralen Datenraums erlaubt, zertifizierbare Komponenten modellbasiert zu entwickeln und wiederzuverwenden und so kostengünstig und schnell robotische Lösungen mit hoher Qualität bereitzustellen.
Robot-X wird die vielfältigen Möglichkeiten und Potenziale durch die Implementierung von vier branchenübergreifenden Anwendungsszenarien zeigen.

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Zusammengefasst ist das große Ziel des Projektes die Untersuchung der Reaktion von Funksystemen auf dynamische Änderungen des Funkkanals weitgehend unabhängig vom verwendeten Funkstandard mit Hilfe einer entsprechenden Funkkanal-Nachbildung (eines Emulators). Dies soll spezifisch für die in der Industrie praktisch auftretende Funkkanäle realisiert werden. Um Effekte untersuchen zu können, ist eine zeitgenaue Wiederholbarkeit unabdingbar.

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Das Verbundvorhaben ChaNGe verfolgt vor dem Hintergrund technischer, wirtschaftlicher und regulatorischer Anforderungen das Ziel, das Wireless-Power-Transfer-Gesamtsystem weiterzuentwickeln und ihm zur Marktreife zu verhelfen. Im Ergebnis soll eine leistungsstarke (11 kW/22 kW) bidirektionale Ladetechnik entwickelt werden, die einen herstellerübergreifenden Einsatz gewährleistet, sich in individuelle Ökosysteme einbinden lässt und einen Beitrag zur umweltfreundlichen Mobilitätswende leistet.

Im Teilvorhaben des ifak werden die Schwerpunkte Interoperabilitätsanforderungen für Wireless Power Transfer Systeme in Form eines Leitfadens, Prüfkonzepte und -systeme zur Bewertung der Mess- und Eichrechtskonformität und die Entwicklung und Erprobung eines Energiecontrollers für eine betreiber-, netz- oder ressourcendienliche Steuerung der Ladevorgänge bearbeitet. Alle Projektergebnisse werden in die internationale Normungsarbeit von IEC und ISO einfließen.

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Der Einsatz Industrieller Internet of Things (IIoT) Komponenten im Maschinen- und Anlagenbau erfordert eine sicherheitstechnische Absicherung. Im Gegensatz zu herkömmlichen, proprietären feldbusbasierten Systemen und Steuerungskomponenten erlauben diese eine sehr hohe Flexibilität. Dies führt andererseits zu neuen Angriffsvektoren, die durch speziell zu entwickelnde Handlungsanweisungen und die Nutzung spezifischer Richtlinien, die eine Cybersicherheit in der industriellen Automatisierungs- und Steuerungstechnik durch einen ganzheitlichen, prozessorientierten Ansatz für Hersteller, Integratoren und Anwender gewährleisten, geschlossen werden müssen. Entsprechende Normen wie die IEC 62443 oder ISO/IEC 15408 sind jedoch recht komplex. SUSTAIN möchte praxisrelevante Herangehensweisen erarbeiten, um die enge Verzahnung von Security-Normen mit etablierten Standards der funktionalen Sicherheit oder der Maschinenrichtlinie sowohl für Hersteller als auch für Anwender handhabbar zu gestalten.

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Für die Biologisierung der Wirtschaft auf Grundlage von organischen Abfall- und Reststoffen stellt die heterogene Zusammensetzung dieser Stoffe aufgrund der Notwendigkeit aufwendiger Vorbehandlungen eine große Herausforderung dar. Die Entwicklung innovativer und robuster biologischer Prozesse auf Grundlage extremer biologischer Milieus und Mikroorganismen erlauben eine Nutzbarmachung der heterogener Abfall- und Reststoffe zur Herstellung hochwertiger Produkte, die zur nachhaltigen technischen und sozioökonomischen Entwicklung ländlicher Räume beitragen können.

Mit einem automatisierten Kultivierungsprozess der extremophilen Mikroalge Galdieria sulphuraria wäre es möglich, organische Reststoffe aus Aquakulturen wie Garnelenfarmen zu recyceln. Die extremophile Mikroalge G. sulphuraria ist in der Lage, verschiedene organische Rückstände heterotroph in Algenbiomasse umzuwandeln, die reich an hochwertigen und vielfältig nutzbaren Proteinen, Kohlenhydraten (Glycogen) und Pigmenten (insbes. Phycocyanin) ist. Aufgrund extremophiler Wachstumsbedingungen wie pH 2 und 45°C verdrängt G. sulphuraria mikrobielle Verunreinigungen, was sogar eine unsterile Kultivierung unter heterotrophen Bedingungen ermöglicht.

Obwohl sich die Kultivierung von G. sulphuraria auf verschiedenen organischen Reststoffen als erfolgreich erwiesen hat, ist eine industrielle Umsetzung bisher noch nicht gelungen. Um die Prozessleistung mit organischen Reststoffen zu verwalten und zu steuern, befasst sich AutoPro mit der Entwicklung eines Prozessmodells in Form eines digitalen Zwillings und dessen Nutzung für ein integriertes verfahrenstechnisches Anlagendesign inklusive Entwicklung von Steuerung und Regelung bis hin zur Onlineanwendung zur Echtzeitüberwachung für einen dezentralen Prozess.

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Die Fertigung von Spezialprodukten stellt besondere Anforderungen an die Produktion, um insbesondere spezifische Kundensonderwünsche zu erfüllen. Somit müssen Bauteile in hohen Stückzahlen aber auch in kleinen Losgrößen gefertigt werden. Ermöglicht wird dies durch einen heterogenen Maschinenpark für die Bauteil-Komplettbearbeitung.

Ein grundlegender Nachteil von heterogenen Maschinenparks ist die variierende Einbindung der Maschinen in ein Kommunikationsnetzwerk, das zunehmend auf IIoT aufbaut. Dies führt dazu, dass eine durchgängige Prozessoptimierung über den gesamten Maschinenpark nicht möglich ist. Weiterhin können Investitionen in neue Maschinen und/oder Änderungen im Maschinenpark nur isoliert pro Maschine getroffen werden. Die Auswirkungen auf den Gesamtprozess sind dabei nicht prognostizierbar.

Ziel von TwinMap ist die Entwicklung eines digitalen Zwillings für heterogene Maschinenparks für die Gesamtprozessoptimierung in der Bauteilfertigung. Erste Analysen zeigen, dass Kostenoptimierungen von > 10% möglich sind. Die Projektergebnisse sind dabei sowohl für Automobilkonzerne mit taktzeitoptimierter Fertigung als auch KMU-Lohnfertiger mit kleinen Losgrößen relevant.

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ESCOM entwickelt aus der Zusammenführung offen verfügbarer und weitgehend vereinheitlichter digitaler Technologien einen anbieterunabhängigen Zugang der Maschinenendanwender zu Services für verbaute Maschinenkomponenten. Diese Services werden in Form von digitalen Diensten angeboten, deren Umsetzung in Edge-Cloud-Umgebungen erfolgt. Die Komponenten-Services bieten dem Kunden, basierend auf dem Know-how des Komponentenherstellers, kundenindividuelle Lösungen für einen effektiven Maschinenbetrieb an. 

ESCOM erlaubt die Anwendung der Komponenten-Services in offenen, souveränen Edge-Cloud-Umgebungen in nachfrageorientierten Marktperspektiven. Damit erschließt sich für Komponentenhersteller ein größeres Marktpotenzial, das von kollaborativen, interdisziplinären Co-Innovationen im Einklang mit dem Maschinenhersteller als OEM geprägt ist. Die ökonomische Tragfähigkeit der angestrebten Lösung ist durch die Verwendung verfügbarer und erprobter digitaler Technologien gegeben. Hierzu zählen die Spezifikationen der Federation Services der Gaia-X Initiative für eine sichere und souveräne Dateninfrastruktur in Europa. Weiterhin wird das Konzept der Verwaltungsschale (VWS) der Plattform Industrie 4.0 für die Gestaltung virtueller Repräsentationen von physischen Komponenten - sogenannte digitale Zwillinge - genutzt. Zudem findet die Weiterentwicklung der Kommunikation mit IoT-Plattformen oder anderen Softwaremodulen des Product Lifecycle Managements (PLM) und Produktionsplanungs- und Produktionssteuerungssystemen (MES) in ESCOM statt. ESCOM verfolgt darüber hinaus die Überführung notwendiger Datenmodelle mittels generischer Schnittstellen in eine Gaia-X-konforme Selbstbeschreibung, um die Interoperabilität der Technologien in Gaia-X-konformen Datenökosystemen zu stärken.

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Die Extrusion ist ein formgebendes Verfahren, zur Synthese und zum Recycling von Kunststoffen mit komplexen Abhängigkeiten von Materialeigenschaften und Prozessbedingungen. Die Wahl der Einstellgrößen und die Fehlerbehebung in der Produktion sind stets kosten- und zeitaufwendig. Es fehlt insbesondere an Messtechniken und der Zugänglichkeit, um die Materialien hinsichtlich Zusammensetzung, Verweildauer und Temperatur vollständig zu überwachen. Als Lösung sollen im KMU-Verbundvorhaben ein KI-Assistenzsystem zur ortsaufgelösten Visualisierung des Materialflusses und zur Prognose der Prozesse in Extrusionsanlagen entwickelt werden. Ziel ist die Echtzeit-Vorhersage der Massenverteilung im Schmelzekanal zur direkten Steuerung der Extrusionsprozesse.

Im Einzelnen besteht das System aus einer Simulations-KI, die anhand von nicht-invasiv am Extruder erfassten Ultraschalldaten, Vorhersagen über die Verweilzeit und das Aufschmelzverhalten liefert. Die Ultraschallmessung kann für Anlagen nachgerüstet werden und liefert Daten zum Massenstrom. In Kombination mit konventionellen Daten des Extrusionsprozesses sollen über ein Simulationsmodell (CFD) die Aufschmelz- und Strömungsverhältnisse für verschiedene Materialien und Extrudergeometrien mittels einer trainierten KI abgebildet werden. Ziel ist es, dem Bediener eine Live-Anzeige der Verweilzeit und des Aufschmelzverlaufs von Kunststoffen in Extrudern zur Verfügung zu stellen und damit die Anwendung und Effizienz von Extrudern deutlich zu verbessern.

In enger Kooperation mit Katronic entwickelt das Forschungsinstitut ifak die Methode der Ultraschallmessung sowie die benötigten Algorithmen zur Auswertung und KI-fähigen Aufbereitung der Daten. Die KMU Ianus modelliert den Strömungsprozess und die Forschungseinrichtung SKZ unterstützt die Implementierung und Entwicklung des Gesamtsystems auf einer industriellen Prototypenanlage.

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Im Bereich der Luftfahrt stellen moderne Luftfahrzeuge komplexe Systeme dar, die gesetzlichen Vorschriften bezüglich Betriebs- und Informationssicherheit unterliegen. Höhere Systemintegration und zunehmende Verwendung von, auf Standardverfahren beruhender, digitaler Steuerung und Kommunikation in nahezu allen Bereichen der modernen Luftfahrt vergrößern die Angriffsfläche für Cyber-Attacken und erhöhen das Risiko für erfolgreiche Angriffe signifikant. Im Gegensatz zu den etablierten Prozessen im Bereich der Betriebssicherheit besteht die besondere Herausforderung darin, die zum Zeitpunkt der Zulassung demonstrierte Wirksamkeit der Schutzfunktionen über den gesamten Lebenszyklus zu erhalten, mögliche Angriffe zu entdecken und abzuwehren sowie auf neue Angriffstechniken entsprechend reagieren zu können. 
In RESISTANT soll das Zero-Trust-Prinzip in den sicherheitskritischen Avionik-Bereich überführt werden. Dies ermöglicht eine große Flexibilität bei der Integration von Soft- und Hardware aus dem COTS-Bereich, da das Nicht-Vertrauen die Grundannahme ist und die Plattform damit umgehen kann. Durch eine Rekonfiguration von Diensten und die Wiederherstellung der ursprünglichen Redundanz in Folge eines Ausfalls oder Angriffs soll eine erhöhte Fehler- und Angriffstoleranz erreicht werden. Weiterhin soll in RESISTANT ein Aircraft Security Operation Center (ASOC) konzipiert werden, das ein detailliertes Monitoring von Flugzeugen und ganzer Flugzeugflotten erlaubt. Dazu soll das Monitoring sowohl zur Erzeugung von als auch zum Abgleich mit digitalen Zwillingen zur Erkennung von (unbekannten) Fehlern und Angriffen genutzt werden.

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Das Projekt dient der Förderung der langfristigen Etablierung und interdisziplinären Vernetzung von KI-Nachwuchsgruppen der Otto-von-Guericke-Universität und des ifak e.V. in Magdeburg und wird kooperativ von beiden Institutionen bearbeitet. Hierbei werden die beiden Nachwuchsgruppen der Universität und es ifak von Herrn Dr. Christoph Steup und Herrn Dr. Maxim Nesterov geleitet. Zusätzlich dient das Projekt der Vernetzung der aktuellen KI-Forschung des ifak und Universität Magdeburg mit Wirtschaftsbetrieben.

Im Rahmen des Projektes werden die Kooperationspartner ein hochrelevantes Problem der autonomen Mobilität angehen: die Empfindlichkeit des Fahrbetriebs gegenüber Wettereinflüssen und dem Ausfall externer Lokalisierung durch z.B. Satellitennavigationssysteme und Mobilfunkanbindung. Die genannten Einflüsse führen aktuell zu einer Störung des autonomen Betriebs.

Das AULA-KI-Projekt zielt darauf ab, Lokalisierungsinformationen immer und überall für autonomen Fahrzeuge zur Verfügung zu stellen. Hierzu werden beide Partner gemeinsam Methoden entwickeln, um diese Wettereffekte von typischen Sensoren autonomer Fahrzeuge (Kamera, LiDAR, Odometrie) zu erkennen, zu bewerten und zu verhindern. Dabei werden vor allem bestehende Algorithmen der künstlichen Intelligenz zur Modellbildung, aber auch zur Optimierung der Ausgabe der Sensoren verwendet und weiterentwickelt. Die Demonstration und Validierung der entwickelten KI-Methoden und Lokalisierungserweiterungen erfolgen mithilfe eines autonomen Personenshuttles auf einem dedizierten Testgelände. Die Projektergebnisse legen einen Grundstein für eine zuverlässige, autonome und nachhaltige Mobilität von morgen.
 
Technische Ziele und Arbeitsschwerpunkte:

• Qualitätsbewertung von Sensordaten und Qualitätsmetriken: Analyse der Fahrzeuglokalisierung und der zugehörigen Sensordaten, Ableiten der konkreten Schwierigkeiten einer präzisen Lokalisierung und Entwicklung einer KI-basierten Bewertungsalgorithmik zur Beurteilung der aktuellen Wettersituation und Lokalisierungsqualität durch das Fahrzeug.
• Ausblenden der Wetterereignisse: Entwicklung von KI-gestützten Algorithmen, die ein "Ausblenden" der Wetterereignisse aus den eigentlichen Sensordaten zulassen und so eine Delokalisierung vermeiden.
• Lokalisierung mithilfe von Schwarmintelligenz und Infrastrukturkomponenten: Für Situationen, in welchen ein "Ausblenden" von Wetterereignissen nicht möglich ist, oder schwierige Wetterbedingungen durch zusätzliche, temporär auftretende Verschlechterungen der Lokalisierungsqualität (Ausfall Mobilfunk oder Störungen GPS) ergänzt werden, soll die Lokalisierung durch zusätzliche Datenquellen gesichert werden: Infrastrukturkommunikation, Schwarmintelligenz, Datenfusion.

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Im Mittelstand-Digital Zentrum Magdeburg bündeln fünf Partner aus Wissenschaft und Praxis ihr Digitalisierungs-Knowhow, um kleine und mittlere Unternehmen sowie Handwerksbetriebe in Sachsen-Anhalt und darüber hinaus bei der digitalen Transformation zu unterstützen. Die durch das Zentrum erarbeiteten Angebote sollen den Unternehmen ermöglichen, nicht nur reaktiv auf Marktveränderungen adäquat reagieren zu können, sondern auch aktiv die Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft durch die Entwicklung eigener digital-gestützter Produkte, Prozesse und Geschäftsmodelle zu stärken.

Der Projektpartner ifak leitet im Rahmen des Gesamtvorhabens die Aktivitäten zu den Themen "Nachhaltige Automation & Vernetzung". So werden Informationen zu aktuell in der Praxis ein­ge­setzten Technologien vermittelt und die Trends hin zu Industrie 4.0-konformen Anwendungen und Technologien aufgezeigt. ifak leistet beispielsweise Beiträge zur Virtualisie­rung und simulativen Unterstützung realer Prozesse, zur virtuellen Inbetriebnahme und Energieeffizienz im Anwendungs­gebiet Wasser­mana­gement, zur Erfassung von Prozessdaten, der induktiven Energie- und Datenübertragung, drahtgebundenen und drahtlosen (z. B. 5G) Kommunikationstechnologien oder etwa der Digitalisierung in der Logistik. Die im Rahmen des Projektes angebotenen kostenfreien und praxisorientierten Formate decken vom Einstieg in das Thema Digitalisierung über Weiterbildung bis hin zur Umsetzung konkreter Lösungen ein breites Spektrum ab.

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Die Digitalisierung in der Prozessindustrie führt sukzessiv zu einer steigenden Anzahl an komplexen Sensoren (wie Spektrometer) und umfangreichen Massen-Daten, die entweder direkt im Prozess oder in einer Cloud-Architektur mit fortgeschrittenen Algorithmen verarbeitet werden müssen. Hierfür sind sowohl ein erheblicher Bedarf an Rechenleistung sowie stabile Kommunikationslösungen für die Anbindung an Cloud-Systeme notwendig. Gleichzeitig wird durch den Einsatz leistungsstarker Prozessoren, umfangreicher Datenspeicher und die Verarbeitung in Cloud-Systemen deutlich mehr Energie benötigt.

Vor diesem Hintergrund zielt das aktuelle Vorhaben EDGE-Power auf die Entwicklung effizienter modularer elektronischer Systeme zur bedarfsgerechten bis energieautarken Bereitstellung von Energie zur Versorgung von Feldgeräten und Steuerungen und drahtloser Kommunikation von Massendaten in Produktionsanlagen.

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Um im Sinne einer kleinstrukturierten und vielfältigen Landwirtschaft mit einem starken regionalen Bezug die erzeugten Produkte auch in kleineren Mengen zu den Händlern, Verarbeitern, Gastronomen usw. wirtschaftlich tragfähig transportieren zu können, ist die Digitalisierung der Schlüssel. Nur durch die weitestgehend automatische Generierung von Transportangeboten aus den Bestandssystemen und die Optimierung der Transportbedarfe können die Kosten pro Transportgut so weit gesenkt werden, dass sich die Transporte auch wirtschaftlich lohnen. Mikro-Hubs erweitern zudem die Möglichkeiten des Warenumschlags und tragen somit zu einer höheren Bündelung der Touren und dadurch schließlich ebenfalls zur Kostensenkung bei. Als Gesamtziel des Ansatzes sollen (a) Gastronomen, Verarbeiter und Händler über eine B2B-Plattform regional erzeugte Lebensmittel bestellen und bezahlen können und soll (b) eine Logistik die bestellten Lebensmittel von den Erzeugern zu den unter (a) genannten Kunden bringen, wobei der Transport durch Bündelung (Integration von Sowieso-Fahrten und Mikro-Hubs) insgesamt wirtschaftlich ist.

Das Projekt PENOA wird sich im Sinne eines Initialisierungsmanagements konzeptionell mit dem Gesamtsystem und seinen Komponenten befassen. Dazu gehören vor allem die Konkretisierung der Anforderungen und die eingehende Untersuchung des erwarteten späteren Nutzens des PENOA-Systems per Simulation. Hierbei soll ein Modell der Transportangebote und Transportbedarfe in den Projektregionen erstellt und angewendet werden. Anhand verschiedener Szenarien soll eine Aussage dazu gemacht werden, welchen wirtschaftlichen Nutzen das PENOA-System bringen würde. Zeigt sich dabei eine dauerhaft wirtschaftliche Tragfähigkeit, soll im nächsten Schritt der technische, organisatorische und rechtliche Arbeitsaufwand für die Umsetzung detailliert abgeschätzt werden.

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Kläranlagen sind komplexe Betriebsanlagen, die gegenwärtig anhand stationärer Bemessungsansätze geplant und dimensioniert werden. Bei besonderen Ablaufanforderungen wird das Werkzeug der dynamischen Simulation hinzugezogen, um sämtliche verfahrenstechnischen Funktion der maschinentechnischen Ausrüstung und des detaillierten Automatisierungssystems abzubilden. Für die Planungs- und Bauphase, aber auch für den späteren Betrieb muss daher eine Vielzahl von Fachdisziplinen effizient und effektiv ineinandergreifen. Nur auf diese Weise kann ein sicherer, nachhaltiger und energieoptimaler Betrieb gewährleistet werden. Mit Building Information Modeling (BIM) kann diese fachbereichsübergreifende Zusammenarbeit standardisiert und realisiert werden, jedoch ist eine Kopplung zur dynamischen Kläranlagensimulation aufgrund des fehlenden Softwarefundaments gegenwärtig nicht möglich.

Das Ziel des Projektes DynaBIM besteht in der Integration der Kläranlagensimulation in die BIM-Methodik, um erstmals eine Dynamisierung zu erreichen. Dadurch wird jeder potenzielle Nutzer (z. B. Softwareentwickler, Ingenieurbüros, Forschung) die Möglichkeit haben, auf Daten und Informationen jeder Phase des Lebenszyklus einer Kläranlage transparent zuzugreifen. Konkret wird mit DynaBIM die prototypische Entwicklung einer virtuellen 3D-Kläranlage angestrebt, die detaillierte Bauwerksinformationen aus einem fachspezifischen openBIM-Modell einspielt und mit dynamischen Stoffstrominformationen aus einem Kläranlagensimulator verknüpft und dies im Rahmen einer Virtual (VR), Mixed (MR) und Augmented Reality (AR) Umgebung. Die virtuelle 3-D-Kläranlage soll dabei sowohl zu Trainings- und Ausbildungszwecken als auch im täglichen Kläranlagenbetrieb verwendet werden.

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Ziel von EmKoI4.0 ist es, Methoden und Werkzeuge bereitzustellen, die die Erforschung und Entwicklung konvergenter Kommunikationslösungen über den Lebenszyklus von Anlagen und Industrieprodukten unterstützen. Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert und hat eine Laufzeit von 30 Monaten.

Um eine Verbindung zwischen Kommunikationsstandards und I4.0 zu schaffen, werden während der Projektlaufzeit die entsprechenden Funktionen und Dienste von Kommunikationsanlagen anhand von Asset Administration Shell (AAS) Teilmodellen spezifiziert. Dieser Ansatz ermöglicht eine einfache Integration in digitalisierte Produktionssysteme und stellt das (drahtlose) Kommunikationssystem in den Kontext von I4.0. Die Standardisierung von AAS-Teilmodellen für die Kommunikation in der Industrial Digital Twin Association (IDTA) ist geplant.
Die erwarteten Ergebnisse in EmKoI4.0 sind international relevant und anwendbar, da die am Projekt beteiligten Partner aus verschiedenen geographischen Regionen (Europa und Asien) stammen. So soll der integrative Ansatz sicherstellen, dass konvergente Kommunikationslösungen, die für eine Fabrik oder ein Produkt in einer Region entwickelt wurden, auch in anderen Wirtschaftsregionen problemlos eingesetzt werden können.
Der ganzheitliche Ansatz ermöglicht es den Teilsystemen im digitalen Bereich, gemeinsam ein Ereignis im physischen Bereich zu überwachen und darauf zu reagieren. Ein Beispiel: Ein System in der digitalen Domäne überwacht den Produktionsprozess, der ein fahrerloses Transportfahrzeug (physische Domäne) enthält. Das Fahrzeug überträgt Daten über ein drahtloses Kommunikationsnetz. Wenn sich die Qualität der Verbindung verschlechtert, findet in der digitalen Domäne eine Verhandlung statt, die zu einer koordinierten Reaktion zur Erhöhung der Sendeleistung und/oder einer Anpassung der Route führt. Darüber hinaus können im Falle eines unvorhergesehenen Ereignisses dessen Ursachen später ermittelt und eine proaktive Lösung für den Fall einer Wiederholung vorbereitet werden.

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Das Ziel des Projektes ZwillE besteht in der Entwicklung von Methoden und Werkzeugen für die Erstellung eines Digitalen Zwillings der städtischen Entwässerungsinfrastruktur als Basis für eine proaktive Bewältigung von Wetterextremereignissen im urbanen Raum. Durch die Verknüpfung simulierbarer Modelle mit hochauflösenden Prognosedaten wird das Konzept des Digitalen Zwillings im Sinne eines virtuellen Abbildes des realen Abwassersystems realisiert. Dieses virtuelle Abbild stellt die entscheidende Grundlage für die zielgerichtete Bewältigung von Wetterextremereignissen dar.

Die konkreten wissenschaftlichen und technischen Teilziele des ifak bestehen darin, die Methoden und Werkzeugen für die Erstellung eines Digitalen Zwillings der städtischen Entwässerungsinfrastruktur weiterzuentwickeln und für den praktischen Einsatz zu ertüchtigen. Im Rahmen des Projektes wird ein integriertes Simulationsmodell der Entwässerungsinfrastruktur von Hannover erstellt werden. Das Simulationsmodell soll durch die Verknüpfung mit Echtzeitmessdaten für die Anwendungsfälle (1) Abbildung des Ist-Zustandes, (2) kurzfristige Planung von Maßnahmen zur Bewältigung von Extremwetterereignissen und (3) langfristige Planung von Infrastrukturanpassungen genutzt werden.
Eine besondere Herausforderung besteht darin, geeignete Nutzerschnittstellen für die verschiedenen Anwendungsfälle zu schaffen und die Integration der auf Methoden der nachvollziehbaren Künstlichen Intelligenz beruhenden Entscheidungsassistenzfunktion unter Einbeziehung von Erfahrungswissen zu erreichen.

Projektpartner:

• Stadtentwässerung Hannover, Eigenbetrieb der Landeshauptstadt Hannover
• Atos Information Technology GmbH
• Ingenieurgesellschaft für Stadthydrologie mbH
• hydro & meteo GmbH
• IAB Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH

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Die Betrachtung von Schmutzstoffen, die von der Oberfläche in Kanalnetze eingetragen werden, gewinnt zunehmend an Bedeutung - nicht zuletzt durch das neue DWA-Arbeitsblatt A102-2. Bisher bestehende, jedoch unzureichende, Modellansätze für die Schmutzstoffe AFS bzw. AFS63 sollen in diesem Projekt dahingehend erweitert werden, dass die Akkumulation, die Depotwirkung sowie der Abtrag derartiger Stoffe in der Kanalnetzsimulation detaillierter berücksichtigt werden können. Die Integration in einen Simulator erlaubt dann die anwendungsgerechte integrative Betrachtung diese Stoffe auch im integrierten Kontext (Kanalnetz, Kläranlage, Gewässer). Als Messdatengrundlage im Projekt dienen unter anderem vorhandene in situ-Messungen der TH OWL sowie Messungen an drei verschiedenen dezentralen Regenwasserbehandlungsanlagen in Paderborn.

Mit der Implementierung der gewonnenen Modellansätze in einem Simulator wird der Umgang mit den durch das Arbeitsblatt DWA 102 formulierten Anforderungen der Frachtbilanzierung erleichtert.

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Der Eintrag von Mikroplastik in die aquatische und terrestrische Umwelt stellt eine wesentliche Gefährdung für Lebewesen und Pflanzen dar. Plastikreste gelangen durch anfallenden Müll und das Abwasser in hohem Maß auf direktem oder indirektem Weg in Gewässer und in Ackerböden. Abwasseraufbereitungsanlagen sind mit bestehenden Reinigungstechnologien nicht in der Lage, die anfallende Mikroplastik vollständig aus dem Abwasser zu entfernen, sodass große Teile der besonders kleinen Mikroplastik (< 150 µm) über das Klarwasser in die Umwelt gelangen.

Das Forschungsprojekt AKUSMI zielt daher auf die Erforschung und Entwicklung eines eingriffsfreien Verfahrens zur Trennung und Abspaltung von Mikroplastik aus aufbereitetem Klarwasser in Abwasseraufbereitungsanlagen ab. Im Mittelpunkt des Projekts steht der Entwurf eines akustophoretischen Separator-Moduls, das auf Basis akustischer Felder im Ultraschallbereich eine gezielte Abspaltung der Mikroplastik vom umgebenden Klarwasser ermöglicht. Auf diese Weise sollen der Umwelteintrag deutlich reduziert und ein Recyclingprozess für besonders kleine Mikroplastik ermöglicht werden.

Das Projekt AKUSMI ist ein Kooperationsprojekt der beiden ifak-Geschäftsfelder "Messtechnik & Leistungselektronik" und "Wasser & Energie". Im Geschäftsfeld "Messtechnik & Leistungselektronik" erfolgt die Untersuchung und Entwicklung des akustophoretischen Separatormoduls. Das Geschäftsfeld "Wasser & Energie" bindet die Forschungsergebnisse in die Simulationssysteme SAMPSONS und SIMBA ein, sodass eine modellbasierte Bilanzierung des Plastik-Stoffstroms in Kläranlagen möglich wird.

Die Zielanwendungen für das Separator-Modul sind industrielle Abwasserreinigungssysteme und kommunale Abwasseraufbereitungsanlagen.

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Innovative und zukunftsweisende Fahrzeug- und Mobilitätstechnologien, insbesondere Automatisierung und Vernetzung, sind in hohem Maße auf sichere, zuverlässige und gleichzeitig flexible Daten- und Dienste-Strukturen angewiesen. Sicherheitskritische Systeme im Besonderen stellen hohe Anforderungen an die Souveränität, Verfügbarkeit und Echtzeitfähigkeit der zugrundeliegenden digitalen Infrastruktur. Aus diesem Grund ist der Aufbau eines umfassenden, diese Anforderungen jederzeit erfüllenden Systems kritisch für die Einführung neuer, digitaler Mobilitätskonzepte. Ziel des Projekts Gaia-X 4 AMS ist die Umsetzung innovativer, sicherheitskritischer Mobilitätsanwendungen auf Grundlage des Daten- und Dienste-Ökosystems Gaia-X. Es soll aufgezeigt werden, welche Komponenten in Gaia-X aufgebaut und erweitert werden müssen, um bislang getrennte Verkehrsdomänen technologisch miteinander zu verknüpfen. Der Fokus liegt dabei auf der Vernetzung und Kooperation automatisierter Fahrzeuge mit dem umgebenden Gesamtverkehrssystem. Über die Vernetzung verschiedener relevanter Akteure und den Aufbau eines sicheren und souveränen Datensystems soll die Verkehrssicherheit sowie die Effizienz und Transparenz des Verkehrssystems erhöht werden. Das Projekt Gaia-X 4 AMS (Advanced Mobility Services) gehört zur Projektfamilie Gaia-X 4 Future Mobility , wobei sich die Entwicklungen maßgeblich an zwei Anwendungsfällen orientieren. Im Anwendungsfall "Sichere Koordination von automatisierten Fahrzeugen" steht die Koordination spezifischer Betriebsbereiche automatisierter Fahrzeuge (Operational Design Domain, ODD) im Fokus. Der Anwendungsfall "Vernetzter und sicherer Rettungskorridor" nutzt die Ergebnisse des ersten Anwendungsfalls bei der intelligenten Vernetzung und Koordination von Fahrzeugen und Infrastruktur am Beispiel der Rettungsmobilität.

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Das Projekt InnoSale unterstützt die Spezifikations- und Angebotserstellung im Vertriebsprozess komplexer, technischer Systeme, wie z.B. Kräne und innerbetriebliche Transportsysteme. Die aus Sicht eines Herstellers betrachteten Produkte weisen eine Komplexität und Varianz auf, die eine vollständige Abbildung der Produktvielfalt in einem Katalog nicht zulässt. Direktangebote aus digitalen Produktkatalogen (Webshops) beschränken sich auf relativ einfach strukturierte Produkte, deren Kombination von Basisprodukten mit Produktoptionen bereits durch die Vertriebssoftware validiert werden kann. Komplexere und kundenindividuelle Produkte erfordern derzeit die Unterstützung durch Vertriebsingenieure und Konstrukteure (Back-Office-Support). Es wird erwartet, dass die Projektergebnisse zu einer Verringerung des Unterstützungsbedarfs und zu einer höheren Qualität der Angebote mit einer kürzeren Durchlaufzeit führen werden. Infolgedessen wird eine höhere Erfolgsquote und Quantität der zu bearbeitenden Verkaufsprozesse erwartet.

Im Projekt InnoSale wird ein wissensbasiertes System entwickelt, das mehrere Ziele verfolgt. Ein regelbasiertes System soll in der Lage sein, auch komplexe Kombinationen von Basisprodukten und Produktoptionen zu validieren, für die die Notierung und Auswertung der notwendigen Prüfregeln bisher nicht möglich oder zu aufwendig war. Über eine semantische Suche sollen Dokumente zu vorangegangenen Projekten gefunden werden, die einer verbal formulierten Anfrage nach einem nicht im Produktkatalog aufgeführten Bauteil möglichst genau entsprechen (Kundenwunschoption). Weitere im Projekt zu entwickelnde Teilsysteme betreffen eine KI-gestützte Preisfindung und eine Visualisierung der Produkte.
Das ifak trägt insbesondere zur semantischen Suche und zur KI-gestützten Preisfindung bei und ist Koordinator des deutschen Teilkonsortiums.

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Ziel des SmartDelta-Projekts ist es, automatisierte Lösungen zur Qualitätsbewertung von Software in kontinuierlichen Entwicklungsprozessen bereitzustellen. Durch die Entwicklung maschinengestützter Datenanalysetechniken werden Qualitätssicherungsaktivitäten identifiziert, gesteuert und evaluiert, sodass der gesamte Prozess der Qualitätssicherung entlang der Anforderungen iterativer Entwicklungsprozesse effizient implementiert und nachgewiesen werden kann. Die Ergebnisse der Analyse werden zur Verbesserung des Test- und Verifikationsvorgehens benutzt und für die automatisierte Testgenerierung, -auswahl, -ausführung integriert, sodass Unternehmen in die Lage versetzt werden, qualitativ hochwertige Softwaresysteme in einer schnelllebigen, agilen Umgebung zu entwickeln und ausliefern zu können. Als Projektergebnis entsteht dabei eine Werkzeugkette für die Qualitätssicherung kritischer Software in iterativen Entwicklungsprozessen.

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Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ELEMENT ist es, kostengünstige und komfortable Lademöglichkeiten für die E-Kfz von Gebäuden mit mehreren Mietparteien zu schaffen. Wesentlich hierfür ist die Weiterentwicklung eines vorhandenen Energiemanagementsystems für derartige Gebäude. Ein Lademanagement koordiniert dabei die Ladevorgänge ja nach Bedarf der Mieter und schließt gleichzeitig dezentrale Stromerzeugungssysteme (z. B. Photovoltaik auf dem Dach des Wohnhauses, Blockheizkraftwerk im Wohnhaus zur gekoppelten Strom- und Wärmeversorgung) ein. Zudem wird eine Kommunikation zum Stromnetz über ein Smart Meter Gateway realisiert, so dass auch dynamische Stromnetzrestriktionen, die zukünftig im Rahmen der Novellierung von § 14a EnWG vom Verteilnetzbetreiber in Form von zeitlich variierender Anschlussleistung an die Netznutzer weitergereicht werden, berücksichtigt werden können. Damit lassen sich die kostenintensive Verstärkung des Netzanschlusses sowie des Stromnetzes insgesamt vermeiden.

Zu entwickelnde monetäre Tarif-, Ausgleichs- und Anreizmodelle sollen zu einem netzdienlichen und solidarischen Verhalten der Nutzer anregen. Dies schließt auch die Nutzung der Batterien der E-Kfz als steuerbare Energiespeicher zur Erbringung netzdienlicher Leistungen und zur Aufnahme eines örtlichen und zeitlichen Überangebots an regenerativer Energie (vor allem aus Photovoltaik) ein. Insgesamt sollen diese Modelle zu einer gerechten Verteilung der Erträge und Lasten unter den Mietparteien führen.
Die Funktionstüchtigkeit des zu entwickelnden Systems soll an einem Wohngebäude mit mehreren Mietparteien in der Stolzestraße sowie an einem gemischt genutzten Objekt aus mehreren Wohnungen, Geschäftsräumen und einer Arztpraxis in der Peter-Paul-Straße nachgewiesen werden.
Die Arbeitsschwerpunkte des ifak liegen in der Entwicklung des Lademanagements unter Berücksichtigung der Stromnetzrestriktionen und Nutzerbedarfe.

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Im Vorhaben soll ein komplexes, simulationsgestütztes Planungswerkzeug für Kläranlagen, Kanalnetze und Biogasanlagen um KI-Methoden ergänzt werden, um perspektivisch Ingenieuraufgaben wie Anlagenplanung, Anlagenoptimierung und Vorgaben zur Betriebsführung in Teilen zu automatisieren. Dynamische Simulationsmodelle, die auf der mathematischen Beschreibung komplexer biologischer, chemischer und physikalischer Prozesse beruhen, weisen einen sehr hohen Informationsgehalt auf. Die Erstellung von Simulationsmodellen, die Versorgung mit Simulationseingangsdaten und die Ergebnisinterpretation erfordern, trotz der kontinuierlichen Fortschritte bei den Modellierungs- und Simulationswerkzeugen, bis heute eine aufwendige Einarbeitung. Selbst bei erfahrenen Anwendern verbleiben immer Restunsicherheiten. Ziel des Projekts ist, einen KI-Baukasten zu entwerfen, um (1) "Standardaufgaben" in Modellierungs- und Simulationswerkzeugen durch KI-Methoden zu unterstützen und (2) um Anwendern die Möglichkeit zu geben, die Potenziale von Simulationswerkzeugen auszuschöpfen. Die Ergänzung soll in Form eines Frameworks erfolgen, mit dem in Zukunft das Entwicklerteam von SIMBA aber auch beliebige Anwender des Systems für ihre Ingenieuraufgaben unaufwendig die benötigten KI-Komponenten einbeziehen können.

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In einem Vorgängerprojekt wurde die VertiKKA - eine vertikale Klima-Klär-Anlage entwickelt. Diese ist das Konzept für ein multifunktionales Fassadenbegrünungsmodul, das mit Grauwasser bewässert wird, Strom durch vorgelagerte PV-Module erzeugt und gleichzeitig das gepflanzte Grün bei Bedarf vor Sturm, Hagel und extremen Temperaturschwankungen schützt. VertiKKA stellt eine Maßnahme zur Klimaanpassung sowie zur Erhöhung der Flächen- und Ressourceneffizienz in urbanen Räumen dar.

In VertiKKA2 soll die VertiKKA in Reallaboren u. a. an einer Hausfassade in Stuttgart umgesetzt und verfeinert werden. Die Arbeiten des ifak umfassen die Adaptierung und Anwendung des in der ersten Projektphase erarbeiteten dynamischen Simulators (Simulation der Wasser-, Energie- und Wärmeströme) auf das Reallabor Stuttgart sowie die Durchführung entsprechender Szenarienanalysen.

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Aufgrund fehlender Funkkommunikation zwischen Straßenverkehrsteilnehmern, zum Beispiel an unübersichtlichen Einmündungen, können keine exakten Positions- und Fahrtrichtungsdaten ausgetauscht werden. Diese sind jedoch erforderlich, um Erfassungslücken der gegebenenfalls vorhandenen Fahrzeugsensoren (z.B. Ultraschall oder Video) zu schließen. Trotz der verfügbaren Funktechnologien (V2X, 5G) sind die Einstiegshürden vor allem für ungeschützte Verkehrsteilnehmer (VRUs – Vulnerable Road Users) wie Radfahrer und Fußgänger hoch, da teure Spezialhardware erforderlich ist.

Daher besteht das Ziel des als Machbarkeitsstudie angelegten Vorhabens MobiCell darin, die V2X-Kommunikation mittels Mobilfunk über die Smartphones von VRUs in einem eigenständigen V2X-System prototypisch zu entwickeln. Konkrete Anwendungsfälle sind dabei zunächst eine Kollisionserkennung und Ausweichmanöverberechnung in Gefahrensituationen zwischen VRUs (z.B. Fußgänger und Radfahrer), wofür die entsprechenden Algorithmen entwickelt und über einen Cloud-Service zur Verfügung gestellt werden. Diese sollen zum Ende des Vorhabens auch in praxisnahen Versuchen getestet werden. Das neue V2X-System orientiert sich an dem Cellular-V2X-Standard und soll perspektivisch in ein übergeordnetes V2X-System von Fahrzeugen und Infrastruktur integriert werden, um somit möglichst alle Verkehrsteilnehmer miteinander zu vernetzen.

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Die induktive Energieübertragung ermöglicht die automatische Aufladung und eine automatische Verbindung der Fahrzeuge mit dem Netz bei jedem Parkvorgang. Dadurch wird die Technologie zum Enabler für das autonome Fahren und des netzstabilisierenden Ladens. Für eine erfolgreiche Verbreitung in den verschiedensten Bereichen der Elektromobilität sind aber noch wichtige Schritte in der Normung und der Standardisierung erforderlich.

Die wesentlichen Ziele des Verbundvorhabens sind daher die Entwicklung einer weltweit konsensfähigen Positionierhilfe und eines einheitlichen, genormten EMV-Messverfahrens auf Basis verschiedener EMV-optimierter, produktrelevanter Prüflinge zur Unterstützung der internationalen Normungsarbeiten zur induktiven Energieübertragung für Elektrofahrzeuge bei IEC, ISO und SAE. Wichtiges Hauptziel ist ein entsprechender Bericht mit Studiencharakter zur Veröffentlichung in internationalen Gremien. Weiterhin sollen durch strukturierte Messreihen systematisch Störpotenziale induktiver Energieübertragungssysteme gegenüber Funkgeräten und AM-Radio erfasst werden und somit realistische EMV-Grenzwerte für eine weitgehende Koexistenz begründet werden.

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Ziel des i-SEWER-Projektes ist die Erarbeitung einer Methodik zur Entwicklung von skalierbaren, autonomen und KI-getriebenen Kanalnetzsteuerungen zur Reduzierung von Entlastungen aus der Mischwasserkanalisation. Hierfür wird eine verlässliche Datengrundlage in Echtzeit durch die Erarbeitung und Implementierung einer Anomalie-Erkennung mittels Deep Learning für sämtliche Prozessdaten des Kanalnetzes erzielt. Darauf aufbauend wird eine maßgebliche Hürde im Aufbau von komplexen Regelungsalgorithmen genommen: Die Erstellung von hinreichend performanten Surrogatmodellen zur Anwendung innerhalb einer modellbasierten Steuerung. Die Erstellung dieser Surrogate erfolgt durch Deep Learning-Verfahren anhand von Simulationen mit einem hydrodynamischen Detailmodell. Dadurch entfällt das in herkömmlichen, zeitintensiven Vereinfachungsmethoden benötigte Expertenwissen und der Prozess ist generisch auf verschiedene Simulationsumgebungen anwendbar. Das erlernte Surrogatmodell wird anschließend in einer eigens dafür konfigurierten modell-prädiktive Regelung integriert und simulativ ob seiner Leistungsfähigkeit für Beispielkanalnetze erprobt. Anschließend wird das Potential einer derartigen Steuerung auf technischer Ebene und bzgl. Nachhaltigkeitskriterien analysiert und generalisiert.

In diesem Projekt unterstützt das ifak durch die Bereitstellung einer dafür geeigneten Simulationsplattform das Erlernen der Surrogatmodelle. Als Leiter der Arbeitspakete AP4 und 5 ist das ifak für die Erarbeitung der Regelungsalgorithmik, die auf einer modellprädiktiven Regelung anhand der erlernten Surrogatmodelle basiert, verantwortlich. Des Weiteren werden Ansätze zur Nachhaltigkeitsbewertung in den Simulationsrahmen für die Abflusssteuerung integriert und angewendet.
Die F+E-Arbeiten erfolgen zunächst anhand eines Literatur-Benchmarksystems, werden dann aber anhand des realen Kanalnetzes der Stadt Freiburg erweitert und einem Test und Bewertung aus Praxissicht unterworfen.

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Um die Verbreitung von Funklösungen zu unterstützen, werden an vier deutschen Forschungsstandorten in den nächsten 4,5 Jahren Labore mit dem Fokus auf industrielle Funkkommunikation entstehen. Gemeinsam bilden die vier Standorte das "Industrial Radio Lab Germany".

Unter dem Stichwort Industrie 4.0 wird die Zukunft der industriellen Fertigung geplant. Die Fabrik der Zukunft zeichnet sich durch kürzere Entwicklungszyklen, sowie höhere Produktindividualisierung aus und benötigt schnell rekonfigurierbare Produktionsressourcen. Für die Vernetzung von Maschinen und Anlagen werden Funklösungen daher immer interessanter. Sie ermöglichen die nötige Flexibilität zum Beispiel auch für eine einfache sensorische Überwachung im Hinblick auf eine vorausschauende Wartung oder für neue Bedienmöglichkeiten im Rahmen von Mensch Maschine Interaktionen. Aufgrund der strengen Anforderungen im industriellen Sektor, beispielsweise im Hinblick auf die Sicherheit des Systems, ist die Verbreitung von Funklösungen zurzeit allerdings noch gering.

Daher ist allen Standorten der Auftrag gemein, Unternehmen bei der Rüstung ihrer Produkte für eine Digitale Zukunft zu unterstützen. Die Labore werden eine Infrastruktur bereitstellen, die Unternehmen bei Entwicklung, Erprobung und Umsetzung verwenden können. Dabei werden die Unternehmen in jedem IRL mit interdisziplinärer Kompetenz begleitet. Mittelfristig werden so Zeiten bis zur Marktreife verkürzt und dadurch der Technologievorsprung gestärkt. Besonders im Fokus sind die Anforderungen kleiner und mittelständischer Unternehmen.

Jedes IRL verfolgt einen spezifischen Schwerpunkt:

• Magdeburg: Flexible Produktion und Anlagen der Wasserwirtschaft
• Dresden: Taktile Produktionsanlagen und Anlagen der Mikroelektronik
• Bremen: Luft- und Raumfahrt, Logistik, Gesundheitswesen und Automation
• Kaiserslautern: Sichere Produktionsanlagen und das Internet der Dinge

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Ziel des Vorhabens ist die modellhafte Pilotierung einer lokal begrenzten, industriell genutzten 5G-Umgebung. Durch gezielte Untersuchungen der Performance des 5G-Systems und der Kommunikationsdienste aus Sicht der geplanten Pilotanwendungen sollen die Möglichkeiten und Grenzen lokaler, nichtöffentlicher Mobilfunknetze ermittelt werden. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen in die Diskussionen mit den industriellen Projektpartnern einfließen, um neue Anwendungsszenarien zu entwickeln. 5GIWCoW wird im Rahmen der Fördermaßnahme 5G-Innovationsprogramm des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur gefördert.

Die 5G-Infrastruktur wird innerhalb des 1. Jahres am Innovations- und Gründerzentrum Barleben mit Experimentierflächen in Barleben und Magdeburg aufgebaut. Das Projekt erhält dafür insgesamt knapp 3,4 Millionen Euro aus dem BMVI.
Das ifak begleitet das Projekt wissenschaftlich. Die Arbeiten beginnen mit der Ermittlung der Funksignalqualität, die anschließend regelmäßig protokolliert wird. Die Industriepartner werden bei der Erarbeitung von Anwendungsszenarien, bei der Ableitung von Anforderungen an die 5G-Kommunikation und bei der Spezifikation der Pilotanwendungen unterstützt. Diesen Arbeiten wird ein Workshop zur Anwendung von 5G-Technologien für die Industrie vorangestellt. Für die Untersuchung der Pilotanwendungen, des 5G-Systems und der Kommunikationsdienste wird eine Validierungsplattform erstellt, die Datenverkehr generieren und Zeit- bzw. Zuverlässigkeitsverhalten ermitteln kann. Die Untersuchungen werden vorbereitet, durchgeführt und die Ergebnisse analysiert. Die Schlussfolgerungen werden in Leitfäden für den Mittelstand und in öffentlich zugänglichen Empfehlungen und Richtlinien eingearbeitet. Für die Untersuchung der Musterlösungen werden eine Validierungsplattform erstellt. und Modelle für die Elemente einer industrielle 5G-Anwendung erarbeitet. Die Modelle werden im Zuge der Konzeptentwicklung der Musterlösungen zu einem Simulationsmodell zusammengestellt. Die Untersuchung einer Musterlösung soll u.a. die Übertragbarkeit auf weitere 5G-Projekte an anderen Standorten dienen.

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Die sensorische Langzeit-Überwachung von Vitalparametern ist eine essentielle Basis in der medizinischen Versorgung. Ziel der Verbundprojektes "MiniE" ist die Entwicklung eines - den Patienten vernachlässigbar störenden - Sensorsystems zur mobilen Erfassung von kardiologischen und physiologischen Daten bei stationären Behandlungen und im häuslichen Umfeld. Im Mittelpunkt stehen der Entwurf, die Entwicklung und die prototypische Umsetzung von autarken, wiederverwendbaren und vollständig gekapselten Sensoreinheiten in Verbindung mit einem Expertensystem (künstliche Intelligenz) zum verhaltensbasierten Energie- und Datenmanagement.

In enger regionaler Kooperation mit dem Unternehmen StatConsult soll ein neuartiges System aus verteilten Minisensoren entstehen, welches Daten der kardiologischen Funktion sowie der Aktivitäten des Patienten liefert und eine lückenlose Versorgung im betreuten Umfeld und bei medizinischem Bedarf bietet.

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Vor dem Hintergrund der Attraktivitätssteigerung des ÖPNV ist das Ziel des Verbundvorhabens SMueR die Entwicklung eines modularen Konzepts für smarte Mobilitätsstationen als vernetzte Schnittstelle zwischen öffentlichen und individuellen Verkehrsarten in ländlichen Räumen. Dafür sollen neben physischen Komponenten für einen Prototyp digitale Schnittstellen geschaffen werden, mithilfe derer Echtzeitdaten (z.B. Fahrgastinformationen, Auslastung von Abstellanlagen etc.) übermittelt und in Mobilitäts-Apps einbettet werden können. Das ifak erstellt hierfür das Messwerterfassungskonzept, die Anforderungsermittlung mit Auswahl der Sensorik und ihre Integration in das Gesamtsystem. Die Vernetzung der Komponenten der Informations- und Kommunikationstechnologie beinhaltet neben der Datenübermittlung von der Erfassungssensorik zur Datenplattform die Verarbeitung in einem Backend-System sowie Funktionen zur Verbreitung und Darstellung aller relevanten Informationen mittels einer zu entwickelnden Nutzerschnittstelle.

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Die Zukunft des modernen Verkehrs wird die Elektromobilität sein, insbesondere das autonome Fahren. Autonome Shuttles für den Personenverkehr in städtischen Gebieten gewinnen an Bedeutung und auch in der Intralogistik gibt es immer mehr autonome Transportsysteme mit elektrischen Antrieben. Derartige Konzepte werden in Zukunft die Zuverlässigkeit, Sicherheit, Kosteneffizienz und Emissionsminderung im öffentlichen Verkehr und in der Logistik verbessern. Es ist daher logisch, das automatische Fahren mit dem automatischen Laden von Fahrzeugbatterien zu kombinieren. Eine Schlüsseltechnologie dafür ist das induktive Laden ohne Kabel und Stecker und dessen nahtlose Integration in die Infrastruktur.

Das Projekt ADVANTAGE zielt darauf ab, eine völlig automatische Aufladung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen für Logistik und öffentlichen Verkehr zu ermöglichen. Ein weiteres Projektziel ist die Sicherstellung der Interoperabilität mit induktiven Ladesystemen im Pkw-Bereich.
Ein innovatives Management des Fuhrparks gewährleistet ein optimales Laden bei effizienter Nutzung der Ladeinfrastruktur und unter verschiedenen Streckenbedingungen. Dieses Management wird auch die Auswirkungen auf die Energienetze berücksichtigen und optimieren.

Hauptziele des Projekts:

• Integrierte drahtlose Energieübertragung (WPT) und präzise Einparkhilfe in einer Ladelösung für vollautonome Fahrzeugkonzepte in vielen Anwendungen,
• Optimierung der WPT-Lösung für Batterien mit niedriger Nennspannung (48V/80V) und Ladeleistungen bis 11kW/22kW,
• Interoperabilität der Infrastruktur zu Fahrzeugen des öffentlichen Verkehrs, der Logistik und weiteren Anwendungen,
• Innovatives Flotten- und Energiemanagement unter Berücksichtigung der Aspekte der autonomen induktiven Ladetechnik.

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Moderne Ansätze für die Fertigungstechnik stützen sich in hohem Maße auf Softwarewerkzeuge für Planung, Simulation und Automatisierung. Diese Werkzeuge sind zwar in ihrem Anwendungsbereich hoch entwickelt, doch die Interoperabilität ist aufgrund fehlender Standards und Inkompatibilitäten zwischen Werkzeugen, Methoden und Formaten ein Problem.

Obwohl einige Unternehmen interne Standards und Methoden entwickelt haben, gibt es keinen branchenweiten Standard. Engineering-Software-Tools müssen daher mit großem Aufwand an die Bedürfnisse jedes Unternehmens angepasst werden. Darüber hinaus wird die Gesamtoptimierung des Entwurfs von Produktionssystemen immer noch weitgehend in einem iterativen Prozess von erfahrenen Ingenieuren durchgeführt und in der Regel nicht gut durch Computerwerkzeuge unterstützt, da die Anzahl der Varianten und Kombinationen, in denen ein Produktionssystem aufgebaut werden kann, enorm ist. Die Kombinationen von Alternativen für Herstellungsmethoden, Betriebsplanung, Wahl der Ressourcen und Werkzeuge und das Fabriklayout machen es schwierig, auch nur eine kleine Anzahl von Alternativen zu simulieren und zu bewerten.
 
AIToC wird eine integrierte Werkzeugkette für die Fertigungstechnik entwickeln, die die Entscheidungsfindung bereits in einer sehr frühen Phase unterstützt. Der Umfang und Ansatz von AIToC umfasst die Entwicklung bestehender oder neuer Werkzeuge für die Definition und das Management von Anforderungen, die Erstellung von Prozessplänen, die Generierung von Anlagenmodellen und die Layout-Generierung. Anwendungsfälle aus verschiedenen Bereichen stellen sicher, dass die entwickelten Lösungen sich stark auf die Bedürfnisse der Praktiker beziehen und breit anwendbar sind.

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Die Umsetzung des Konzepts Industrie 4.0 erfordert eine Weiterentwicklung der Kommunikationsinfrastruktur. Der Vernetzungsgrad wird steigen und damit auch die Anzahl mobiler Bestandteile der Produktion. Deshalb werden Funkkommunikationssysteme im industriellen Umfeld stark zunehmen. Das führt zu einer intensiven Nutzung des Funkmediums, was zu Verzöge­rungen und Fehlern bei der Datenübertragung führen kann. Um diese negativen Folgen zu vermeiden muss das Funkmedium zu jedem Zeitpunkt effizient genutzt werden. Insbesondere wegen der zunehmenden Flexibilität der Anwendungen ist dafür ein automatisiertes Koexistenz­management erforderlich. Dafür können gegenwärtig folgende Anforderungen bisher nicht erfüllt werden:

• Die Wiederherstellung des Koexistenzzustandes soll entsprechend der Definition in IEC/EN 62657-2 erfolgen (Anwendungsperspektive).
• Die Mediumbelegung soll nicht nur bezüglich Frequenz, sondern auch bzgl. Zeit und Ort ermittelt werden, um das Funkmedium effizient nutzen zu können.
• Zwischen allen beteiligten Funkkommunikationssystemen sind Sendefolgen abzustimmen und die entsprechenden Konfigurationen zu den Funkgeräten zu übertragen.
• Es ist eine Möglichkeit vorzusehen, die Funkkommunikation von Funksystemen bzw. Funkgeräten gezielt freizugeben, wenn eingeschätzt wird, dass der Koexistenzzustand nicht gefährdet ist.
• Das Koexistenzmanagement soll weitestgehend automatisiert ablaufen.

• Anwendungsorientiertes Koexistenzmanagement durch Einsatz eines Mehrgrößenreglers,
• Erfassungseinheit, die die Mediumnutzung zeitaufgelöst aufnimmt,
• Nutzung einer einheitlichen Zeitbasis für alle Funksysteme, deren Anwendungen und der Elemente des reglerbasierten Koexistenzmanagements.

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Das Vorhaben DecS verfolgt die Vision, organische Spurenstoffe, die insbesondere über das kommunale Abwassersystem in die  Gewässer eingetragen werden, möglichst zielgerichtet aus Abwasserströmen zu entfernen und den notwendigen Ressourceneinsatz zu entlasten. Stand heute werden die Eliminationsprozesse der installierten Technologien für die weitergehende Abwasserreinigung mit  Verfahren der Ozonung oder Aktivkohleadsorption ausschließlich über diskontinuierliche Input-Output-Betrachtungen beurteilt. Die in manchen Fällen eingesetzte Surrogatmessung des spektralen Absorptionskoeffizienten bei einer Wellenlänge von 254 nm kann kontinuierliche Hinweise zur Restorganik liefern. Sie wird aber in der Regel noch nicht für eine gezielte Beeinflussung der  dynamischen Prozesse verwendet. Im Rahmen von DecS sollen kontinuierlich erfasste Messdaten intelligent verarbeitet und mit den weiterzuentwickelnden Modellsystemen vernetzt werden. Das Simulationssystem SIMBA^#water dient dabei als Ausgangspunkt für die notwendigen Modellentwicklungen, da im Unterschied zu anderen Systemen mit SIMBA^#water auch die Automatisierungstechnik realitätsnah abgebildet werden kann.

Wichtige Fragestellungen beziehen sich im Rahmen von DecS auf die ausstehende Konzipierung einer anwenderorientierten  Datenverarbeitung und die angestrebte Vernetzung mit einem digitalen Modellabbild. Ferner erforscht DecS die realen Nachhaltigkeitspotenziale einer digitalisierten Spurenstoffelimination und beantwortet generelle Fragestellungen zur  simulationsunterstützten Prozessoptimierung auf wasserwirtschaftlichen Anlagen. Die Machbarkeit der großtechnischen  Implementierung wird in digitalen Reallaboren des Lippeverbands (EGLV) erprobt. Die digitalen Reallabore dienen als zeitlich und räumlich begrenzte Testräume. Hier sollen konkrete Erfahrungen im Zusammenspiel der digitalen Instrumente im Sinne eines Proof of Concept gesammelt werden.

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Im Projekt DIAL-IN sollen Methoden und Konzepte für ein durchgängiges Diagnosesystem erforscht werden, dass die Werte der Kenngrößen bzw. Ereignisse auf allen Schichten der Kommunikationssysteme synchronisiert erfassen und intelligent bewerten soll. Die erfassten Daten sind so aufzubereiten und zu visualisieren, dass das Servicepersonal ohne spezielles Know-how die Qualität der Kommunikation beurteilen, anbahnende Qualitätsverschlechterungen zeitnah erkennen sowie Fehlerursachen schnell und zielgerichtet diagnostizieren und beheben kann.

Die entwickelten Konzepte für das verteilte Diagnosesystem sollen prototypisch umgesetzt und erprobt werden.

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Die Zustandsbewertung erdverlegter Infrastruktur zur proaktiven Schadensminderung und Gewinnung von anwendungskonkreten Entscheidungshilfen im Erdbebenfall ist notwendig, um ressourcenschonend und nachhaltig agieren zu können. Das Ziel des Vorhabens ZUVERSICHT ist die Entwicklung einer Methodik zur Abschätzung potentieller Schäden für die kritische Bestandsinfrastruktur. Hierbei gilt es die Gefährdungspotenziale von Leitungsnetzen hinsichtlich Schadenspotential und schadensmindernder Faktoren zu untersuchen.
Im Projekt werden von mikroskalischen Bewertungen der Rohrmaterialien (FEM-Simulation, Experimente) bis hin zur makroskalischen Betrachtung der Leitungsnetzstruktur (Experimente, Simulation) Untersuchungen durchgeführt. Mit dem zu entwickelnden Simulations-Tool sind präventive Maßnahmenplanungen zur Verringerung der Verletzbarkeit bis hin zur Empfehlung zur verbesserten Bewältigung von erdbebeninduzierten Schäden und ihren Folgen zu integrieren. Hierfür werden die Gefährdung und Einwirkungskenngrößen erdverlegter Leitungen analysiert und Gefährdungspotentiale u.a. auf der Grundlage aktueller Gefährdungskarten und Methoden zur Echtzeitaktualisierung von Bodenbewegungsmodellen bestimmt.
In Detailsimulationen und Experimenten werden Ergebnisse zu Schadensvorgängen und Wirkmechanismen gewonnen. Ausgehend davon wird die Verletzbarkeit von erdverlegten Leitungen klassifiziert und in dem entwickelten webbasierten Simulationstool zur Gefährdungsbeurteilung mit Entscheidungshilfen zur proaktiven Schadensminderung integriert und evaluiert.

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Der neue Mobilfunkstandard 5G verspricht Echtzeitfähigkeit, die Sicherstellung der Datenübertragung sowie eine erhöhte Bandbreite und gilt damit als eine der Basistechnologien für das maschinelle Lernen beziehungsweise die künstliche Intelligenz in kabellosen Szenarien. Im Rahmen des 5G-Reallabors in Braunschweig und Wolfsburg soll diese Technologie erforscht und der sinnvolle Ausbau sowie Anwendungsfälle im Sinne einer Modellregion reproduzierbar erarbeitet werden. Dazu soll ein offenes Reallabor aufgebaut werden, in welchem die notwendige Infrastruktur in großem Maße bereitgestellt wird.
Das 5G-Reallabor gliedert sich in zwei Module: Im Modul Braunschweig liegt der Fokus auf der Forschung, im Modul Wolfsburg auf der Anwendung und dem Betrieb. Das ifak ist am Anwendungsfall "Optimierte Rettungsmobilität mit Infrastrukturunterstützung" beteiligt. Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung, Implementierung und Erprobung der kooperativen Verkehrssystemreaktion auf Sondereinsatzfahrzeuge (SEF) zur Optimierung der Rettungsmobilität sowie auf ÖPNV-Fahrzeuge zur optimierten ÖPNV-Beschleunigung. Dabei sollen entwickelte Ansätze mit 5G (Release 15, 5G Phase 1) und C-V2X (Release 16, 5G Phase 2) erprobt und untersucht werden. Die notwendigen Informationen zu Rettungsfahrzeugen werden via 5G sowie V2X-Kommunikation mittels WAVE (Automotive WLAN) versendet.
Das ifak überträgt dabei Erfahrungen aus dem Forschungsprojekt SIRENE und richtet in der Region Braunschweig-Wolfsburg ein optimiertes Routing für zu bevorrechtigende Fahrzeuge ein. Dieses kann den Fahrer während der Fahrt informieren, ist aber vor allem für die Unterstützung bei der LSA-Bevorrechtigung erforderlich. Ebenfalls erfolgen damit zusammenhängende Unterbeauftragungen.

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Die Planung von Kläranlagen ist ein komplexer, mehrstufiger Prozess: Dimensionierung der Verfahrenstechnik, bautechnische Planung und Planung der Hydraulik der Kläranlage (Kombination aus Freispiegelabfluss und Rohrleitungshydraulik) und Planung der Maschinentechnik, Elektrotechnik und Automatisierung. Mit dem geplanten Projekt soll der noch fehlende Aspekt der Hydraulikplanung in SIMBA integriert werden. Die Module der geplanten Modellbibliothek sollen insbesondere für Kläranlagen typische Freispiegel-Hydraulik-Modelle wie Rechen, Sandfang, Wehre (direkt angeströmt/seitlich angeströmt, unvollständiger Überfall, Trapez-, und Zackenwehre etc.), Kanäle, Längsbecken und Gerinne (Profile: Rechteck, Trapez, usw..), Strömungsverluste durch Fenster und Düker betrachtet werden. Neben der Strömung in offenen Gerinnen wird Abwasser in Kläranlagen auch durch Druckrohleitungsnetze transportiert. Die Rohrleitungshydraulik soll unter Nutzung des EPAnet-Rechenkerns integriert werden. Die wichtigsten Elemente von Rohrsystemen werden als Module in SIMBA implementiert. Dazu gehören Knoten, Leitungen, Pumpen und Ventile. Zunächst soll die Beschreibung von kontinuierlichen Druckverlusten durch Reibung in vereinfachter Form in Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser, -länge und Durchflussmenge berücksichtigt werden. In den nächsten Schritten werden die Module Leitungen, Pumpen und Ventile um komplexere Gleichungen zur Beschreibung von Verlusthöhen ergänzt.

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Die Aufbereitung von Trinkwasser ist ein komplexer, mehrstufiger Prozess. Im Gegensatz zur Abwasserbehandlung stehen nur sehr wenige Softwaresysteme zur Verfügung, um die Behandlung von Trinkwasser zu simulieren. Das Ziel dieses Projekts ist, in dem Simulationswerkzeug SIMBA ein Modell zu erstellen, das die verschiedenen Stufen der Wasseraufbereitung simuliert. Dieses Modell soll die Veränderungen der verschiedenen Wasserqualitäten und -parameter bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen, Wassermischung, Zugabe bestimmter Chemikalien oder Änderung der Betriebsbedingungen einer Aufbereitungsanlage vorhersagen. Das Simulationsmodell wird die wichtigsten Aufbereitungsstufen, die typischerweise bei der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt werden, enthalten. Die folgenden Eigenschaften sind vorgesehen:

• Kompatibel zur DIN 38404-10:2012-12,
• Fließbildbasierte Modellierung,
• Importfunktionen zur Nutzung von internationalen Wasserchemie-Datenbanken (Phreeqc).

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Die zentrale Zielsetzung von BaSys 4.2 ist die Weiterentwicklung der BaSyx Open-Source Industrie 4.0 Middleware in Hinblick auf das kontinuierliche Engineering von Produktionsprozessen. Damit soll es möglich sein, einen Produktionsprozess zu jeder Zeit zu wandeln, d.h. ungeplante Änderungen bezüglich des gefertigten Produkts, des Prozesses oder der Produktionsressourcen effizient durchführen zu können. Nachdem eine offene Industrie 4.0 Middleware mit zentralen Komponenten, zu der auch die Verwaltungsschale gehört, umgesetzt wurde, sollen im Rahmen von BaSys 4.2 weitere Industrie 4.0 Konzepte und Standards der Plattform Industrie 4.0 umgesetzt werden. Fokussieren werden sich die Forschungsarbeiten auf die drei Themen Middleware , Fähigkeiten und Virtualisierung sowie deren ganzheitliche Betrachtung im Rahmen eines holistischen Engineerings. Diese Themen sind zentrale Herausforderungen im Hinblick auf die Wandelbarkeit der Fertigung im Shop-Floor und das kontinuierliche Engineering von Produktionsprozessen.

Ziel des BaSys 4.2-Projektes ist eine Vereinheitlichung der beiden Domänen Fertigungs- und Prozessindustrie unter anderem durch allgemeingültige Modelle für Engineering-Daten. Ferner werden linienübergreifende Fragestellungen und modulare Anlagen sowie die dafür notwendigen modularen Fähigkeitsbeschreibungen adressiert.

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Ziele des Projektes "EMILIA" sind es, ein Konzept und eine exemplarische Umsetzung eines 3D Planungswerkzeuges zu entwickeln und den zuverlässigen Betrieb, die Diagnose und die Fehleranalyse von Funkanwendungen zu unterstützen. Als Grundlage hierfür werden Konzepte untersucht, die eventuelle Informationsverluste durch Störungen bei der Übertragung modellieren (Kanalmodelle), die speziell für das industrielle Umfeld zugeschnitten sind. Auf dieser Basis wird ein Softwaretool prototypisch umgesetzt, das dem Anwender die Hallenlayoutplanung unter Berücksichtigung der Funkfeldplanung ermöglicht.

In Kombination mit einer Hardware, einem Kanalemulator, der in der Lage ist, die modellierten Störeinflüsse auf ein echtes Signal zwischen Sender und Empfänger zu übertragen, entsteht so ein Testsystem, welches reale Umgebungen nachbildet, die Ausbreitungsbedingungen im Vorfeld der Installation eines Funkkommunikationssystems abschätzen lässt und eine Performancebewertung erlaubt. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit des gesamten Kommunikationskonzeptes einer geplanten Produktionsanlage im Vorfeld der realen Installation individuell bewertet werden, ohne dass aufwendige Messungen vor Ort, die auch erst nach der Inbetriebnahme möglich wären, erforderlich sind. Sowohl Inbetriebnahmezeiten der Produktionsanlage als auch damit verbundene Kosten werden reduziert. Eine solche emulationsunterstützte Planung wird schließlich in einer Halle des assoziierten Partners Demag Cranes & Components GmbH erprobt und validiert sowie deren Mehrwert demonstriert.

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In der digitalen Transformation wird die gesamte Wertschöpfungskette durch Technologien aus dem Kontext des Internet of Things (IoT) anwendungsübergreifend vernetzt. Die damit einhergehende Komplexität in der Softwareentwicklung erfordert in zunehmendem Maße interdisziplinäre Entwicklung von Hardware, Software und mathematischer Modellierung. Einzelne Sensoren werden dazu mit einem digitalen Zwilling verknüpft, der in der Lage ist, Informationen über die Messunsicherheit zu kommunizieren. Für traditionelle industrielle Mess- und Kalibrierverfahren beruht die metrologische Qualitätsinfrastruktur auf akkreditierten Kalibriereinrichtungen und standardisierten Auswerteverfahren, um Messwerten eine quantitative Aussage über ihre Verlässlichkeit zuzuordnen.

Das Gesamtziel des Vorhabens FAMOUS ist die Etablierung von quantifizierbaren Aussagen zur Datenqualität in Industrie 4.0 mit einer flexiblen und praxisgerechten Implementierung mathematischer Modelle und Verfahren. Dazu sollen robuste mathematische und statistische Modelle der eingesetzten Sensorik und ihrer Vernetzung
entwickelt werden, die vorhandene Informationen über die Messgeräte geeignet abbilden. Durch die Entwicklung einer modularen und flexiblen Softwarearchitektur, die auf Edge- und Organic-Computing-Ansätzen basiert, werden die Methoden in realen Industrie-4.0-Szenarien einsetzbar. Dies wird im Vorhaben
anhand ausgewählter Testfelder evaluiert.

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Das Ziel von Veritas ist die signifikante Vereinfachung von Entwurf und Betrieb selbstorganisierender und dynamisch kollaborierender smarter Maschinen sowie die Steigerung der Resilienz verteilter Systeme. Veritas liefert damit die Grundlagen für den Entwurf und den Betrieb von autonomen, sich selbstorganisierenden sowie dynamisch kollaborierenden Maschinen in der Produktion, die die Basis i. S. einer Smart Factory bilden. Aktuell wird die Kollaboration dieser Maschinen vorwiegend durch ein zentrales Management gesteuert, dass aber auf Grund Vernetzung und Komplexität hohe Ausfallrisiken birgt. Folgende Lösungsansätze für diese Restriktionen sind möglich: 

• Selbstorganisation und emergente Kollaboration der IoT-Geräte
• Erhöhung der Resilienz verteilter Anwendungen gegenüber temporärer Einschränkungen der Vernetzung zw. den IoT-Geräten
• Co-Design und Co-Management der verteilten Anwendung mit dem Vernetzungssystem

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Ziel des Projektes "IMF Control 4.0" ist die Entwicklung eines praxistauglichen Ultraschallverfahrens (Echtzeitsystem) zur Bestimmung und Einstufung des Marmorierungsgrades bestimmter (Gourmet-) Muskelteile am Rind in den verschiedenen Produktionsstufen zur objektiven Beurteilung der Fleischqualität.
Mit dem FuE-Vorhaben soll ein neuartiges mobiles automatisiertes Ultraschallmesssystem sowie ein dazugehöriges Verfahren für die Bewertung der Fleischqualität ("IMF Control 4.0") entwickelt werden, welche automatisch mittels künstlicher Intelligenz (KI) beurteilt wird.
Wissenschaftler des ifak arbeiten in diesem Kooperationsprojekt insbesondere an einer Methode zur Quantifizierung der (typischerweise als Störrauschen wahrgenommenen) Streuinhomogenität aus den Ultraschalldaten.

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Zielsetzung des Vorhabens ist die Spezifikation einer technischen Plattform, mit der neue Dienstleistungsangebote für die Nutzung zuverlässiger Funkkommunikationsdienste im Internet der Dinge entwickelt werden können. Damit sollen kundenspezifische Anforderungen an Verfügbarkeit und Datenvolumen des Dienstes bedarfsgerecht, zeitnah und zuverlässig erfüllt werden können. Dieses Vorhaben soll Anbietern und Ausrüstern von nichtöffentlichen Weitverkehrsfunknetzen Mittel zur Verfügung stellen, mit denen die Qualität von Kommunikationsdiensten und -netzwerken ermittelt werden kann. Für die adressierten Anwendungsbereiche beispielsweise der Wasserwirtschaft, der Energiewirtschaft oder des Gebäudemanagements ist es notwendig, eine stabile Nachrichtenverbindung vorzuweisen, da dies Grundlage für die Funktionalität ist. Der Lösungsansatz beruht auf der Nutzung und anwendungsgerechten Parameterisierung einer Klarzustandsfunktion.

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Akustische Messverfahren werden neben der "einfachen" Erfassung von Volumenströmen oder Füllständen erfolgreich zur Analyse von verschiedensten Stoffsystemen eingesetzt. Angepasste Algorithmen ermöglichen u. a. die Berechnung der Dichte von Fluiden, die Quantifizierung von dispersen Phasen (Partikeln, Luftblasen) oder die Erkennung von Ablagerungen und Korrosion in den Leitungssystemen. Diese genannten Parameter einer flüssigen oder gasförmigen Dispersion stellen bei Prozessen in komplexen Flüssigkeiten, wie bspw. der Granulierung durch Sprühtrocknung aus der flüssigen Phase, wichtige Prozessgrößen dar, die entscheidend für Funktion, Qualität und nachhaltige Leistungsfähigkeit sind. Diese insbesondere für die Effizienz und Langzeitstabilität kritischen Größen werden bisher nicht vollständig bzw. überhaupt nicht erfasst.

Dieser Problematik widmet sich das vorliegende Projekt unter Anwendung einer innovativen Überwachungstechnologie auf Basis nicht-invasiver akustischer Messungen. Die avisierte kontinuierliche Erfassung und Überwachung soll einen wesentlichen verfahrenstechnischen und wirtschaftlichen Mehrwert liefern.

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In der Altmark (Landkreise Stendal mit 48 Einwohnern/km² und Salzwedel mit 38 Einwohnern/km²) im nördlichen Sachsen-Anhalt gibt es etliche kleinbäuerliche Betriebe, die qualitativ hochwertige und in Komposition und Geschmack einzigartige Nahrungsmittel herstellen. Die Betriebe geben noch dazu hervorragende Beispiele für ressourcenschonendes Wirtschaften unter Berücksichtigung des Tierwohls. Für die Betriebe ist es allerdings sehr mühsam, ihre Produkte im eigenen Hofladen und auf Wochenmärkten zu verkaufen. Mit Hilfe der Digitalisierung können jedoch Kunden und Erzeuger über räumliche und zeitliche Grenzen hinweg zueinander gebracht werden, wodurch sich deutliche Wachstumschancen für die kleinbäuerliche Landwirtschaft eröffnen.

Ziel des Vorhabens ORIENT ist die Erweiterung des Online-Marktplatzes für die Region Stendal für Ladengeschäfte (www.halloaltmark.de) um regional erzeugte Nahrungsmittel. Hierbei soll ein Verfahren gefunden werden, auch nicht standardisierte Produkte (wie z. B. einen Handkäse) anzubieten und das Geschäft sowohl für den Verkäufer als auch den Käufer zufriedenstellend abzuwickeln. Zudem soll ein Logistiksystem entwickelt werden, das die Waren von den Erzeugern abholt und möglichst direkt ohne zentrale Zwischenlagerung zu den Kunden bringt. Die Kühlung der Waren muss dabei gewährleistet werden.

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Aus der hohen Siedlungsdichte in Städten und der Herausforderungen durch den Klimawandel ergeben sich spezifische Anforderungen an die urbane Infrastruktur. Anforderungen können zum Teil durch innovative Technologien erfüllt werden - wie zum Beispiel mit einer vertikalen Klima-Klär-Anlage.

Das Gesamtziel des Projektes besteht in der Entwicklung eines innovativen technologischen Ansatzes zur Steigerung der urbanen Energie-, Flächen- und Ressouceneffizienz sowie der lokalen Lebensqualität als auch des Klimaschutzes. Hierfür werden wartungsarme, selbstregelnde Grünmodule mit integrierten Photovoltaik-Elementen zum Einsatz an Fassaden entwickelt. Entsprechende Konzepte und Elemente werden beispielhaft für ein Quartier der Stadt Köln entworfen.

Das ifak ist mit zwei seiner Geschäftsfelder am VertiKKA-Projekt beteiligt: Im Geschäftsfeld "Messtechnik und Leistungselektronik" wird ein für die vertikalen Grünmodule geeignetes Sensorkonzept erarbeitet, welches die für den Betrieb der Elemente notwendigen aktuellen Zustandsinformationen liefert. Ein entsprechendes Steuerungs- und Regelungskonzept sowie ein Modellierungskonzept zur Simulation und Visualisierung der für die Fassadenelemente relevanten Stoff-, Wasser- und Energieströme werden im Geschäftsfeld "Wasser und Energie" des ifak erarbeitet.

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Das Vorhaben IMMUNE erhöht die Resilienz der Factory of the Future gegenüber Cyber-Angriffen. Die Informationssicherheit in diesen Systemen wird durch flexible und verteilte Sicherheitsfunktionalität
umgesetzt. Dadurch lassen sich industrielle Netze in der Tiefe schützen. Die Entwicklungen des ifak
werden Industrie 4.0 konforme Netze in der Produktion absichern. Hierzu werden resiliente
Netzwerkkomponenten auf Feldebene erforscht, auf Basis derer mit Software-Defined-Networking
Algorithmen flexible und angriffsrobuste Feldbusinfrastrukturen realisiert werden. Die Resilienz wird durch umfassende verteilte IT-Security Überwachung realisiert, wo möglich direkt im Automatisierungsgerät. Durch die Engmaschigkeit der Erkennung sollen im Nachgang Angreifer isoliert werden und der Prozess soweit möglich weiterarbeiten.

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Das Projekt DynaWater4.0 hat zum Ziel, im Sinne von Industriewasser 4.0 die dynamische Ver­netzung von industriellem Wassermanagement und industrieller Produktion voranzubringen. Dazu werden Modelle, Sensornetze/Datenplattformen sowie Komponenten entwickelt und ver­netzt. An konkreten Beispielen aus den drei Branchen Stahl, Kosmetik und Chemie erfolgt die Demonstration und Evaluierung der Projektergebnisse einschließlich einer Bewertung der Über­tragbarkeit auf andere Branchen. Der im Projekt verfolgte Ansatz ermöglicht es, im Ergeb­nis die digitale Zusammenarbeit zwischen industriellem Wassermanagement und Produktion auf unter­schiedlichen Ebenen beispielhaft darzustellen und gleichzeitig eine Abschätzung der Optimie­rungspotentiale aus digitaler Kollaboration zwischen industriellem Wassermanagement und Pro­duktion zu treffen. Der Schwerpunkt der Arbeiten des ifak besteht in der Modellent­wicklung und Online-Simulation auf Basis von SIMBA# zur Umsetzung von digitalen Zwillingen der Abwasser­behandlungsprozesse.

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Das Hauptziel des Projekts XIVT (ausgesprochen "Shift") besteht in der Entwicklung von Methoden und Werkzeugen für die Erstellung von Testsuites und die Auswahl von Testfällen für hochkonfigurierbare, variantenreiche eingebettete Systeme in der Automobil-, Schienen-, Produktions- und Telekommunikationsbranche. Aufgrund der zunehmenden Marktdiversifizierung und Kundennachfrage sind die meisten Industrieprodukte heutzutage in vielen verschiedenen Varianten erhältlich. Der zunehmende Funktionsumfang eingebetteter Systeme macht die Validierung und das Testen sehr komplex. Für cyber-physikalische Systeme (CPS), die konfigurierbare oder variable Komponenten enthalten, ist die Erstellung adäquater Testsuites ein großes Problem. In einer solchen Umgebung müssen nicht nur ein System sondern viele verschiedene ähnliche Systeme getestet werden. In einer Produktlinie mit beispielsweise zehn verschiedenen Merkmalen, die vorhanden sein können oder nicht, müssen bereits mehr als 1000 verschiedene Kombinationen getestet werden. Mit der zunehmenden Modularität und Vernetzung von smarten Geräten steigt auch die Variabilität. Die inkrementelle Entwicklung und Wiederverwendung von Komponenten kann leicht zu einem System mit Tausenden von Konfigurationsparametern führen. Derzeitige Testerstellungs- und -auswahlmethoden sowie Testwerkzeuge sind dafür nicht ausgelegt. Dies behindert insbesondere bei Systemen mit hohen Qualitätsanforderungen den Einsatz und die Entwicklung entsprechender Produkte erheblich. Konfigurierbare und variantenreiche Systeme werden häufig in Branchen eingesetzt, in denen die Innovation hauptsächlich durch Software realisiert wird. Der Markt in der von XIVT adressierten Automobil-, Schienen-, Produktions- und Telekommunikationsbranche wird durch eine starke Nachfrage nach neuen und verbesserten Funktionen angetrieben, darunter Personalisierung und Anpassung, erhöhte Interkonnektivität und Interoperabilität, höhere Modularität, schnellere Entwurfszyklen und höhere Anforderungen an funktionaler und IT-Sicherheit. Die daraus resultierende hohe Komplexität der Softwareintegration und Kommunikation stellt entsprechende Anforderungen an die zu entwickelnden variantenintensiven Testmethoden.

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Die Parkplatzsuche in Ballungszentren ist häufig ein zeitaufwändiger und nervenaufreibender Vorgang. Dies spiegelt sich u. a. dadurch wider, dass etwa ein Drittel des Verkehrs in europäischen Innenstädten auf die Parkplatzsuche entfällt - was vor dem Hintergrund des Klimawandels und der gegenwärtigen Schadstoffbelastungen sehr problematisch ist. Zudem wirkt sich eine kaum kalkulierbare Suchzeit negativ auf eine mögliche Weiterfahrt mit dem öffentlichen Verkehr aus, da ein entsprechend hoher Puffer einzuplanen ist.

Grundlage des Vorhabens PAMIR bildet der neuartige energieautarke Sensor des Startup-Partners PARKHERE zur Ermittlung des Belegungszustands einzelner Stellplätze. Das Gesamtziel des Vorhabens PAMIR besteht darin, eine deutlich realistischere Reiseplanung beim Umstieg vom Pkw auf ein anderes Verkehrsmittel als bisher zu ermöglichen und durch entsprechende Unterstützung bei der Reisedurchführung, u. a. durch Navigation zum konkreten Stellplatz, ein komfortables Reisen zu ermöglichen. Dies soll durch die Verbindung der mikroskopischen, online verfügbaren Parkplatzdaten mit einer neuartigen makroskopischen Prognose der lokalen Parkplatzsituation (unter der Berücksichtigung von Wetter- und Verkehrsdaten, Events, Ferien- und Feiertagen) sowie der Möglichkeit der Parkplatzreservierung ermöglicht werden. Dabei sind ausdrücklich auch Fahrgemeinschaften und Mitfahrgelegenheiten eingeschlossen. Mit Hilfe von Probanden werden die verbesserten Mobilitätsdienste schließlich evaluiert.

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Die Digitalisierung in der Prozessindustrie führt sukzessiv zu einer steigenden Anzahl an komplexen Sensoren (wie Spektrometer) und umfangreichen Massen-Daten, die entweder direkt im Prozess oder in einer Cloud-Architektur mit fortgeschrittenen Algorithmen verarbeitet werden müssen. Hierfür sind sowohl ein erheblicher Bedarf an Rechenleistung sowie stabile Kommunikationslösungen für die Anbindung an Cloud-Systeme notwendig. Gleichzeitig wird durch den Einsatz leistungsstarker Prozessoren, umfangreicher Datenspeicher und die Verarbeitung in Cloud-Systemen deutlich mehr Energie benötigt.

Vor diesem Hintergrund zielt das aktuelle Vorhaben EDGE-Power auf die Entwicklung effizienter modularer elektronischer Systeme zur bedarfsgerechten bis energieautarken Bereitstellung von Energie zur Versorgung von Feldgeräten und Steuerungen und drahtlosen Kommunikation von Massendaten in Produktionsanlagen.

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Dieses Vorhaben hat zum Ziel, Tauchpumpen für die Grundwassergewinnung in entlegenen Gebieten auf Basis von Photovoltaik zu entwickeln. Die auf diese Weise mögliche autarke Stromversorgung für Wasserfördersysteme ist umweltfreundlicher, effizienter und unabhängig von teuren Kraftstoffen - derzeit werden für die Stromversorgung häufig Dieselgeneratoren genutzt. Die Erforschung und Entwicklung einer neuen Generation von hocheffizienten und anwendungsoptimierten leistungselektronischen Modulen für kompakte Pumpensysteme zur Wassergewinnung in Verbindung mit einer optimal angepassten Energieversorgung auf Basis der Photovoltaik steht deshalb im Fokus des Projekts. Im Ergebnis könnte die Wasserversorgung besonders in ländlichen Gebieten verbessert werden und unabhängig von fossilen Brennstoffen erfolgen.

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In Deutschland sind Kläranlagen die größten kommunalen Stromverbraucher. Eine Studie vom Umweltbundesamt (Haberkern, 2008) weist darauf hin, dass im Falle einer reinen energetischen Optimierung eine mittlere Stromeinsparung von 10 bis 20% vom Gesamtstrombedarf erwartet werden kann. Ziel des Vorhabens ist die ganzheitliche Optimierung der biologischen Reinigungsstufe von Kläranlagen durch eine anlagenspezifische Optimierung der Verfahrenstechnik, die Auswahl energieeffizienter Maschinentechnik und die Entwicklung intelligenter Regelungskonzepte. Im Rahmen dieses Projektes wird die Fragestellung der energieeffizienten Maschinentechnik für die biologische Reinigungsstufe mit Hilfe von Grundlagenuntersuchungen zur Beckendurchströmung beantwortet. Anhand weiterer Studien erfolgt eine Kalibrierung von biochemischen Modellgleichungen inklusive eines Modellierungsansatzes für die Lachgasemissionen. Mit den erzielten Ergebnissen wird eine integrale hydraulisch-verfahrenstechnische Simulationsumgebung entwickelt, welche mit Messungen auf realen Kläranlagen validiert wird. Diese integrale Simulationsumgebung ermöglicht eine verfahrenstechnische und energetische Optimierung des Belebtschlammverfahrens und ist Basis zur Entwicklung intelligenter Regelungskonzepte. Aufgrund des dargelegten ganzheitlichen Optimierungsansatzes erwarten wir eine deutliche Energieeinsparung auf Kläranlagen bei gleichzeitiger Reduzierung der akkumulierten Treibhausgasemission, ohne dass die Ablaufqualität des gereinigten Abwassers gemindert wird. Vielmehr kann der integrale Ansatz zukünftig zur Verbesserung der Ablaufqualität dienen, um gegebenenfalls zukünftige, gesetzliche Anforderungen zu erfüllen.

Projektkoordinator: WILO SE; 
Verbundpartner: Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik der Ruhr-Universität Bochum, Professur für Wasserwirtschaft der Universität Rostock

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Weltweit vernetzen sowohl Unternehmen als auch Kommunen über Car2X Fahrzeuge und straßenseitige Infrastruktur miteinander. Während der Entwicklung als auch nach der Installation neuer Geräte und Applikationen sind Tests erforderlich, um die korrekte Funktion der bereitgestellten Dienste (z. B. Ampelinformationen) nachzuweisen und gegebenenfalls vorhandene Fehler zu identifizieren.

Vor diesem Hintergrund existiert das Projekt DIAKO ( Diagnose kooperativer Verkehrssysteme ). Sein Ziel ist die Entwicklung eines Diagnosesystems für kooperative, intelligente Verkehrssysteme zur Inbetriebnahme und Wartung am Beispiel von Car2X. Im Projekt forschen aus der Zuse-Gemeinschaft die Forschungseinrichtungen ifak (Magdeburg) sowie die GFaI (Berlin).
DIAKO strebt folgende Innovationen an:

• Gleichzeitiges Überwachen auch von räumlich weiter voneinander entfernten Car2X-Sendern mit zentraler Auswertung
• Erstellen und Verwalten beliebig vieler Betriebsvorgaben ( Regeln ) durch den Nutzer, die das Sollverhalten seiner Car2X-Dienste beschreiben und automatisch prüfen können
• Softwaretechnische Trennung zwischen Experten und Anwendern über zwei graphische Modellierungssysteme
• Liefern von Lösungsvorschlägen im Fehlerfall

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Neuartige Sanitärsysteme ("NASS") sind vor dem Hintergrund der Ressourcenverknappung, des sinkenden Wasserverbrauchs und damit einhergehender hydraulischer Probleme in unse­ren Abwasserkanälen sowie sich stetig ändernder Randbedingungen durch demografischen und klimatischen Wandel in den letzten Jahren auch in Deutschland immer stärker in den Fokus siedlungswasserwirtschaftlicher Betrachtungen gerückt. Ziel ist die Wiedernutzung beschränkter Ressourcen (z. B. Nährstoffe) sowie ein nachhaltigeres Abwassermanagement. Im Vorgängerprojekt SAmpSONS wurde eine erste Version eines kostenfreien Simulators entwickelt (verfügbar unter https://www.ifak.eu/de/produkte/sampsons), der es erlaubt, die sich für verschiedene Sanitärkonzepte ergebenden Stoffströme zu visualisieren und somit das Potenzial derartiger Systeme unter den vor Ort gegebenen Randbedingungen zu evaluieren. In diesem Projekt wurde die Prozess­simu­lation direkt mit Lebenszyklusanalysen unter Kosten- und Nachhaltigkeitskriterien gekoppelt, ohne hierbei auf (ggf. kostenträchtige) externe Programme zurückgreifen zu müssen. In diesem Anschlussprojekt wird der Simulator um weitere NASS-Technologien erweitert und für einen breiteren Anwenderkreis ausgebaut.

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Der Wunsch nach einer zukunftsfähigen und somit sicheren, sauberen und effizienten Mobilität für die Bedürfnisse einer modernen Gesellschaft sowie der Anspruch einer Technologieführerschaft deutscher Unternehmen hat innovative und kompetente Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft im Themenfeld Automatisiertes und vernetztes Fahren zusammengeführt. Gemeinsam verfolgen sie mit BiDiMoVe Hamburg (Bidirektional, Multimodal, Vernetzt) das Ziel, sowohl die Verkehrssicherheit (Safety) als auch die Sicherheit der Dienste und Daten (Security) in den Vordergrund zu stellen und die Orientierung der Stadt Hamburg bei der Anwendung intelligenter Verkehrssysteme (IVS) zu unterstreichen, die sie sich mit der Verabschiedung einer ganzheitlichen ITS-Strategie gegeben hat.

BiDiMoVe Hamburg implementiert und erprobt in den 27 Monaten Projektlaufzeit eine Public Key Infrastructure für den informationstechnisch sicheren Betrieb kooperierender ITS-Komponenten und dient so als Pilot für zukünftige Einsatzszenarien auf Bundes- und Länderebene. Als Anwendungsfelder dienen die Einsatzoptimierung und gesicherte Priorisierung bestimmter Verkehrsteilnehmer (ÖPNV, Einsatzfahrzeuge) sowie die Warnung vor potenziell gefährlichen Kreuzungssituationen mit besonders gefährdeten Verkehrsteilnehmern (Radfahrern und Fußgängern) an Knotenpunkten. Die Arbeitsschwerpunkte des ifak liegen dabei in der Entwicklung der OnBoardUnits für die Linienbusse der Hamburger Hochbahn sowie in der Organisation und Implementierung der Public Key Infrastructure.

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Lange Zeit war qualitativ-hochwertige Software gleichbedeutend mit fehlerfreier Software. Heutzutage bedeutet qualitativ-hochwertige Software mehr und mehr, dass es sich um anpassbare Software handelt, getrieben durch permanenten Änderungsdruck. Aus diesem Grund suchen moderne Softwareteams nach der Balance zwischen zwei Gegensätzen, dem Streben nach Zuverlässigkeit und dem Streben nach Agilität. Das TESTOMAT Projekt unterstützt Softwareteams bei genau diesem Abwägen, in dem es die Entwicklungsgeschwindigkeit erhöht, ohne die Qualität zu vernachlässigen.

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Das Projekt "OPTIMUM" adressiert innovative Konzepte für das Engineering, die Inbetriebnahme, die Steuerung sowie Überwachung von "Material Handling" und "Smart Manufacturing" Lösungen. Unter Berücksichtigung aktueller Diskussionen zu Industrie 4.0 konformen Architekturen, Komponenten und Diensten verfolgt OPTIMUM die folgenden Ziele: Verbesserung von Aspekten der verteilten Steuerung, Nutzung und Anpassung von Technologien aus dem Umfeld (I)IoT für reale industrielle Anwendungen, Verbesserung von Steuerungslogik und Anwendungen durch die Berücksichtigung von Kontext- und Ortsinformationen, Modell- und 3D- basiertes Engineering und Anlagenüberwachung.

Die in OPTIMUM zu entwickelnden Technologien sollen Maschinen- und Hebezeughersteller dazu befähigen, Hardwarevarianten der eingesetzten Steuerungstechnik zu reduzieren und gleichzeitig die Modularität der eingesetzten Software zu erhöhen. Kontext- und Positionsinformationen sollen Assistenzfunktionen erlauben, die zu höherer Effizienz, Komfort und Safety (funktionale Sicherheit) führen und somit die Chancen neuer innovativer Produkte am Markt verbessern.
Die Schwerpunkte der ifak Arbeiten liegen auf der Entwicklung eines verteilten Steuerungskonzeptes auf der Basis echtzeitfähiger Kommunikation sowie positionsabhängiger Assistenz- und Steuerungsfunktionen.

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Optimierte Routenführung für Sondereinsatzkräfte unter Zuhilfenahme von Verkehrsvorhersagen, kooperativer Infrastruktur und Verkehrssteuerung Vorfälle wie Unfälle, Brände, Naturkatastrophen oder gar Terroranschläge erfordern die optimale Koordinierung entsprechender Einheiten, wie Polizei, Feuerwehr oder Ambulanz. Das Ziel von SIRENE ist es, diesen Prozess durch technologische Optimierungen entscheidend zu verbessern sowie abzusichern. Zunächst ist das Routing von Einsatzkräften zu verbessern unter anderem durch kurzfristige Verkehrsprognosen, die auch gerade erst aufgetretene Ereignisse berücksichtigen können. Eine Beeinflussung von vernetzten Lichtsignalanlagen (LSAs) dient der Priorisierung von Sondereinsatzkräften. Die für solche Maßnahmen nötige Kommunikation zwischen Fahrzeugen, straßenseitiger Infrastruktur und Verkehrsleitzentralen soll die gemeinsame Nutzung von verfügbaren Standards wie Mobilfunk, POCSAG, Car2X (WLANp) etc. beinhalten. Letztendlich soll auch in Krisenfällen die Mobilität für Rettungskräfte als auch Zivilbevölkerung aufrechterhalten werden.

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Insbesondere KMU sind heute oftmals von einer Teilhabe an Wertschöpfungsnetzwerken ausgeschlossen, da die über Jahre gewachsenen Maschinenparks kaum, und wenn, dann meist über inhomogene Technologien Informationen austauschen. Virtualisierung und digitale Vernetzung bilden jedoch wesentliche Voraussetzungen für einen automatisierten Workflow, wie er zur effizienten Gestaltung von Industrie 4.0 Wertschöpfungsnetzen unabdingbar ist. Es besteht grundlegender Aufklärungsbedarf zu den Potentialen industrieller Kommunikationstechnologien und den Möglichkeiten der Integration von Bestandssystemen. Mit dem Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Magdeburg sollen bei den KMU Vertrauen in die Digitalisierung geschaffen, Mitarbeiter und Führungskräfte zur Durchführung von Digitalisierungsmaßnahmen befähigt sowie Digitalisierungs-Aha-Erlebnisse ermöglicht werden.  

Der Projektpartner ifak leitet im Rahmen des Gesamtvorhabens die Aktivitäten zu den Themen digitale Vernetzung und Standardisierung. So werden Informationen zu aktuell in der Praxis eingesetzten Technologien vermittelt und die Trends hin zu Industrie 4.0 konformen Netzwerkarchitekturen und Technologien aufgezeigt. Darüber hinaus leistet ifak Beiträge zur Virtualisierung und simulativen Unterstützung realer Prozesse. Hier werden Grundlagen und Potentiale der Simulation für die Prozessoptimierung und virtuelle Inbetriebnahme vermittelt und für das Anwendungsgebiet Wassermanagement diskutiert.

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Wasser ist eine weltweit knapper werdende Ressource. Daher gilt es, mit dem Wasser sparsam umzugehen. Was im Privathaushalt leicht nachvollziehbar ist, stellt Städte mit ihrer Vielzahl von Bewohnern und Interessengruppen vor große Herausforderungen. Einer großen Zahl von Wassernutzern stehen nur begrenzte Wasserressourcen zur Verfügung. Dies gilt insbesondere in wasserarmen Regionen  - hierzu gehören nicht nur ferne Länder, wie z. B. Israel, sondern auch einige Teile Deutschlands (z. B. Süd-Brandenburg) werden künftig verstärkt unter Wassermangel leiden.

Im Forschungsprojekt CLUWAL werden am Forschungsinstitut ifak e. V. in Magdeburg in enger Kooperation mit dem Technion in Haifa/Israel simulationsgestützte Bewertungsmethoden erarbeitet. Diese erlauben es Kommunen und Wasserverbänden, eine Bewertung des Wassersystems und möglicher Maßnahmenpakete nach sozialen, ökologischen und ökonomischen Kriterien der Nachhaltigkeit durchzuführen und somit die knappen Wasserressourcen gut zu bewirtschaften. Das ifak arbeitet seit vielen Jahren in diesem Themenfeld  und ist u. a. bei  der Modellierung und Simulation ein weltweit nachgefragtes Kompetenzzentrum. Durch das neue Projekt kann das ifak sein Arbeitsfeld um weitere Aspekte des Wassersystems ausbauen. Die geplanten Forschungsarbeiten unterstützen mit ihrem integrierten wasserszyklusbasierten Ansatz die Neue Urbane Agenda, wie sie von den Vereinten Nationen im letzten Herbst in Quito/Ecuador verabschiedet worden ist.
Mit dem Projekt wird die langjährige erfolgreiche wissenschaftliche Kooperation des ifak mit dem Technion in Israel - auch im Rahmen von Gastaufenthalten israelischer Wissenschaftler in Magdeburg - fortgeführt.

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Das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 sieht neue Konzepte für eine flexible Produktion vor. Dabei können beginnend bei den Planungsaufgaben, der kaufmännischen Auftragsabwicklung bis hin zur produktionstechnischen Ausführung, Aufgaben maschinell ausgehandelt und kooperativ durchgeführt werden. Dazu bedarf es einer flexiblen Kommunikation zwischen unterschiedlichsten Werkzeugen von bürobasierten Tools im ERP-Umfeld bis Echtzeit-Kommunikation von Komponenten im Shop Floor. Immanent für Industrie 4.0 ist die Fähigkeit der Teilnehmer, dynamisch auf Anforderungen auf allen Ebenen reagieren zu können und selbstständig geeignete Kommunikationspartner zu finden. Aus Sicht der zum Einsatz kommenden Kommunikationssysteme müssen unterschiedliche Anforderungen z.B. hinsichtlich Sicherheitsanforderungen oder Echtzeiteigenschaften erfüllt werden. Dabei gilt, proprietäre Kommunikationssysteme im Feldbereich nicht gesondert behandeln zu müssen.

Das Forschungsprojekt MONAT möchte dazu beitragen, Vertrauen in die für die Etablierung virtueller Netzwerke neue Technologie Software Defined Network beim Endkunden zu erreichen. Dies ist nur möglich, wenn nachgewiesen wird, dass neben den geforderten Qualitätseigenschaften der Verbindung auch die Umsetzung von Security-Anforderungen ohne zusätzlichen Overhead möglich ist. Ferner soll MONAT die Durchgängigkeit der erarbeiteten Konfigurationslösungen für echtzeitfähige Kommunikationsmodule im industriellen Automatisierungsbereich unter Einbeziehung der Time Sensitive Networking Ansätze auf der einen Seite und der Nutzung derselben Konfigurationslösungen im reinen IKT-Bereich untersuchen und auf Basis von Demonstratoren umsetzen.

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Das Projekt Productive4.0 ist die bislang größte europäische Forschungsinitiative auf dem Gebiet der Industrie 4.0. Unter Koordination der Infineon Technologies AG arbeiten mehr als 100 Partner aus 19 europäischen Ländern an der Digitalisierung und Vernetzung der Industrie. An dem Projekt beteiligen sich Partner wie BMW, Bosch, Philips, Thales, NXP, STM, SAP, ABB, Volvo, Ericsson und führende Institute wie das Karlsruher Institut für Technologie, die Fraunhofer Gesellschaft, die TU Dresden und das ifak.

Ziel des Projekts ist es, durch eine Vernetzung in Echtzeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette die Flexibilität in Entwicklung und Produktion zu erhöhen und so die Zeiten bis zur Marktreife zu verkürzen. ifak wird an der Spezifikation und Entwicklung einer entsprechenden Kommunikations- und Infrastrukturplattform mitarbeiten. Es wird eine Editorkomponente entwickeln, die zur Definition von wiederverwendbarer Teildatenmodellen der Industrie 4.0-Kommunikationsteilnehmer dient. Damit wird es möglich, nationale und internationale Standards für die Definition von Datenmodellen zu verwenden, die bisher nur als Textdokumente publiziert wurden, so dass die Einführung von Kommunikationsnetzwerken für die Industrie 4.0-Kommunikation erleichtert und beschleunigt wird.

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Ziel des Verbundprojektes INVITE40 ist die Entwicklung einer Methode zum Engineering technikbasierter Dienstleistungen mit Industrie 4.0 Technologien mit Schwerpunkt auf der Anlagen- und Verfahrenstechnik und der Wertschöpfungskette Papier- und faserbasierter Materialien. Das Projekt widmet sich damit der Thematik des Aufbaus innovativer digitaler Entwicklungs- und Dienstleistungssysteme im Kontext von Industrie 4.0. Der technische Leitgedanke ist die Schaffung einer RAMI4.0 konformen Plattformarchitektur als Voraussetzung für die Realisierung von Cyber-Physischen Produktionssystemen auf digitalen Smart-Service-Plattformen.

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Ziel des Verbundvorhabens ist die Erforschung eines neuartigen Stromsensors, der optimal auf die speziellen Erfordernisse der Elektromobilität abgestimmt ist. Hierzu zählen vor allem sehr geringe Messfehler, eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Störfestigkeit. Durch den Einsatz neuer Algorithmen, verbunden mit der gleichzeitigen Messung der Ströme im Hin- und Rückleiter, soll die Strommessung genauer, störfester und effizienter erfolgen. Der neue, mehrphasige Stromsensor mit integriertem Störsignalausgleich soll einen geringeren Messfehler gegenüber den am Markt vorhandenen Stromsensoren aufweisen. Die Ergebnisse sind für alle Strommessaufgaben interessant, die in stark EMV-belasteter Umgebung stattfinden wie beispielsweise E-Fahrzeuge, Antriebstechnik, Schaltnetzteile und Lichtbogenanwendungen.

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Das Projekt umfasst Forschungs- und Entwicklungsarbeiten hinsichtlich eines zukünftigen Lademanagement für Elektrofahrzeuge in Netzen mit Demand Side Management von der Leitwarte aus und Demand Response vom Fahrzeug aus, dargestellt an einer Smart Home-Anwendung auf Basis von induktivem, bidirektionalem Laden mit 11 kW.

Die prinzipiell höhere Netzverfügbarkeit von Fahrzeugen mit induktiver Ladetechnik soll in einem Flottenversuch mit sechs Fahrzeugen an verschiedenen Standorten nachgewiesen werden. Über gesteuerte Ladevorgänge soll der Primärregelleistungsmarkt adressiert werden, wobei die Steuerung über eine Ladeleitwarte dafür sorgen soll, dass eine gesicherte Leistung zur Vermarktung bereitgestellt werden kann.

Bei den angestrebten hohen Ladeleistungen kommt dem Wärmemanagement, der Fremdkörpererkennung und der gesamten Sicherheitsanalyse eine hohe Bedeutung zu. Weiterhin wird im Projekt die Sicherstellung der Interoperabilität zu aktuellen internationalen Standardisierungsvorschlägen, auch durch die aktive Mitarbeit in Normungsgremien, angestrebt.

Im Rahmen des Projektes soll untersucht werden, ob die Mehrkosten des Elektrofahrzeuges durch die Einbindung als Energiespeicher in Smart Home Konzepten und mit Hilfe neuer Geschäftsmodelle kompensiert werden können und in wieweit hierbei die Verwendung einer automatischen Netzanbindung und einer bidirektionalen kontaktlosen Ladetechnologie eine signifikante Rolle spielt. In diesem Fall würde die Elektromobilität für die Nutzer auch wegen der Wirtschaftlichkeit der Elektrofahrzeuge in Kombination mit dem häuslichen Energiemanagement deutlich an Attraktivität gewinnen.

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Die AG 1 Referenzarchitekturen, Standards und Normung der Industrie 4.0 Plattform koordiniert die Arbeiten von RAMI und I40-Komponenten. Dabei werden Architekturen und Standards sowohl aus dem Bereich der Industrie als auch der Telekommunikation und der IT betrachtet. Ein solcher Standard ist oneM2M, der von führenden Standardisierungsorganisationen wie z.B. ETSI, ARIB, atis, CCSA, TIA, tsdsi, TTA, TTC und Firmen der Telekommunikations- und IT-Branche entwickelt wird. Die Studie stellt Beziehungen zwischen dem RAMI, der I40-Komponente und der Verwaltungsschale mit den Konzepten und Spezifikationen des oneM2M-Drafts her.

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Im Rahmen des in Kooperation zwischen der NetCo Professional Services GmbH  und dem Institut für Automation und Kommunikation durchzuführenden FuE-Vorhabens soll ein innovatives Ultraschall-Messsystem für die Qualitätsprüfung an Faserverbundwerkstoffen, Fügeverbindungen und Multimaterialien entwickelt werden. Das Vorhaben stellt sich die berührungslose Messung mit luftgekoppeltem Ultraschall bei typischen Frequenzen (f < 2 MHz) mit erheblich verbesserter Auflösung zum Ziel. Dabei steht die Charakterisierung dünner Schichten im Fokus, wie dies bisher nicht möglich ist. Es sind Verfahren sowohl für Transmissions- als auch für Reflexionsmessung vorgesehen, die eine unterschiedliche Zugänglichkeit zum mehrlagigen Prüfobjekt (ein-/beidseitig) berücksichtigen.

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Ziel des Projektes ist die Effizienzsteigerung des Kühlwassereinsatzes zur Verringerung des

Frischwasserverbrauchs. Konkret wird eine Halbierung der Absalzwassermenge als realistisches Ziel angesehen. Der Lösungsweg besteht in der Verfahrensentwicklung zur Salzabtrennung aus Kreislaufwasser, Zusatzwasser und Absalzwasser. Durch die bedarfsgerechte Dosierung und Abstimmung von Kühlwasserchemikalien auf die Wasserbehandlung sollen der Salzeintrag und damit der Wasserverbrauch zusätzlich gesenkt werden. Dies ist nur durch Entwicklung und Einsatz eines Simulationstools für das gesamte Kreislaufwassersystem möglich. Mit der Effizienzsteigerung werden folgende Ziele erreicht: Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von gekühlten Prozessen, Schutz der natürlichen Wasserquellen vor Verunreinigung durch Zusätze und Salze und geringere Abhängigkeit des Produktionsprozesses von der Wasserverfügbarkeit.
 
Der Partner ifak beteiligt sich vorrangig am AP 4: Entwicklung eines Modellierungstools basierend auf SIMBA#. In AP7 wird die Simulationssoftware so erweitert (durch zusätzliche Skripte), das LCA Ergebnisse automatisch mit berechnet werden.

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Die Fertigung innovativer Produkte ist ein Schlüsselfaktor für den Erfolg industrieller Unternehmen im nationalen und internationalen Wettbewerb. Der Innovationsprozess gliedert sich in mehrere Phasen. Die erste Phase betrifft die Identifikation und das Design neuer Produktideen. Ihr folgt ein Entscheidungsprozess, in dem Chancen und Risiken der Produktentwicklung und Fertigung gegeneinander abgewogen werden. Bei einer positiven Entscheidung werden in der dritten Phase die Produktionssysteme angepasst bzw. neu entwickelt. Schließlich folgen die Fertigung und der Vertrieb der neuen Produkte. Kunden entscheiden sich in der Regel für das Produkt mit dem besten Preis-/Leistungsverhältnis welches am Markt verfügbar ist. Getrieben durch die Produktentwicklung in Konkurrenzunternehmen besteht der Wunsch nach schneller Produkteinführung und kurzen Lieferzeiten. Der Innovationsprozess muss daher als zeitkritisch betrachtet werden.

Ziel des ENTOC-Projekts ist es, das Engineering komplexer Produktionsanlagen zu optimieren. Dies ist einer der zeitaufwändigsten Arbeitsschritte im Innovationsprozess, der durch den Einsatz intelligenter und kooperativer Engineering-Systeme verbessert werden kann. Das Engineering umfasst dabei die Teilarbeitsschritte Planung, Konstruktion, Programmierung und Inbetriebnahme von Produktionssystemen.
Folgende Hauptziele sollen in ENTOC verfolgt werden:
- Standardisierung der Komponentenmodellierung (Component Model Packages),
- Optimierung der Engineering-Werkzeugkette,
- Nutzung der Engineering-Daten auch für Betrieb und Wartung/Instandhaltung,
- Rückführung von Erfahrungen aus Betrieb und Wartung/Instandhaltung in die Planungsphase sowie in die Engineering-Modelle.

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"Rapid Planning" ist ein anwendungsorientiertes Forschungsprojekt, das im Rahmen des "Future Megacities"-Programms des BMBF entstanden ist. In Rapid Planning wird eine schnell durchführbare, transsektorale Planungsmethodik zur Stadtplanung entwickelt, die ihren Fokus auf die gemeinschaftliche Betrachtung der Basisver- und -entsorgungsstrukturen richtet. Hierbei werden Energie, Wasser, Abwasser, Abfall und urbane Landschaft integrativ betrachtet, um potenzielle Synergien nutzbar zu machen. Damit können Städte von neuen Hilfsmitteln und Techniken zur effizienten Ressourcenplanung durch die Optimierung von Planungsprozessen mit einer damit einhergehenden Kostenreduktion profitieren.
Das Konzept von Rapid Planning sieht eine integrative Vorplanung vor, welche - mit geeigneten Hilfsmitteln - eine nachhaltige und ressorceneffiziente  Infrastrukturplanung in hochdynamischen (z. B. schnell wachsenden) Städten in angemessener Zeit ermöglicht. Rapid Planning setzt die Hilfsmittel zu einem beschleunigten Planungs- und Implementierungsprozess im Hinblick auf Aspekte der Nachhaltigkeit, der Wirtschaftlichkeit und der Klimaverträglichkeit entsprechend den Bedarfen der Stakeholder ein. 11 Partner aus Deutschland entwickeln, zusammen mit UNHABITAT, entsprechende Methoden und Hilfsmittel; vier Partnerstädte (Kigali/Ruanda, Danang/Vietnam, Assiut/Ägypten, Frankfurt(Main)) sind an der Umsetzung vor Ort beteiligt. ifak ist an der Erarbeitung von leicht anwendbaren Modellierungswerkzeugen für die Stoffströme der verschiedenen Infrastruktursysteme und an ihrer Anwendung in der Szenariensimulation für die Partnerstädte beteiligt.

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Die Neuentwicklung eines modularen Softwareproduktes zur Unterstützung der Verwertung der im Rahmen des Verbundvorhabens EXPOVAL entwickelten Auslegungs- und Betriebsempfehlungen erfolgt mit dem Ziel, die Nutzbarkeit und Vermarktung der deutschen Abwassertechnik zu stärken. Im Rahmen des beantragten Projektes sollen für Belebungsanlagen, Tropfkörper, Anaerobanlagen, Teichanlagen, Faulung, solare Klärschlammtrocknung und Desinfektionssysteme Dimensionierungsblöcke entwickelt werden, die unabhängig von herstellerspezifischer Software online kostenlos zur Verfügung gestellt werden und sich quellcodeoffen auch in andere Softwareumgebungen integrieren lassen. Das Softwaretool wird dabei durch Beteiligung von ausgewählten Praxispartnern auf die Bedürfnisse der Industrie und anderer möglicher Praxisanwender, wie z. B. Consultants, zugeschnitten. Zur Bewertung der Verfahrensvarianten werden auf Basis der Stoffbilanzen und Anlagendimensionierung verfahrenskettenspezifische Kennwerte durch das Planungswerkzeug berechnet und für den vereinfachten Vergleich gegenübergestellt (z. B. /kg Nelim oder CO2-Footprint). Die Anwendung der Software wird durch die Auf- und Vorbereitung angepasster Eingangsvektoren unterstützt.

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Zukunftsweisende Konzepte zur Umgestaltung der Produktion und der Kommunikationssysteme, die meist auf verteilten und komplexen Systemen basieren, stellen große Herausforderungen für Hersteller und Anwender industrieller Automatisierungstechnik dar. Die steigenden Komplexitäten von Software verbunden mit hohen Qualitätsanforderungen erfordern ausgiebiges und umfangreiches Testen bevor ein Gerät/System ausgeliefert werden kann.

Mit der zunehmenden Komplexität der Produkte und Produktionsanlagen werden neue Methoden und Konzepte zur Testerstellung und hochautomatisierten Testdurchführung benötigt. Der Einsatz von modellbasierten Methoden zur Testgenerierung reduziert den Aufwand und damit auch die Kosten signifikant. In der Praxis sind diese Methoden trotzdem weit davon entfernt, flächendeckend im Einsatz zu sein. Hier verhindern in erster Linie die hohen Anforderungen an Personal und Infrastruktur bei der Erstellung der notwendigen Modelle die Anwendung von modellbasierten Methoden zur Testgenerierung.
Ziel dieses Vorhabens MASSIVE ist die Erforschung einer Methodik und eines Algorithmus zur Modellsynthese aus sequenzbasierten Anforderungen zu einem Spezifikationsmodell für die Verwendung zur modellbasierten Testfallgenerierung in Bereich der Testautomatisierung. Die angestrebten Ergebnisse des beantragten Forschungsvorhabens werden eine konkrete Steigerung der Leistungsfähigkeit und Wettbewerbsvorteile für KMU der herstellenden und anwendenden Branche bedeuten. Sie ermöglichen eine deutliche Verbesserung der internen Testprozesse und ermöglichen daneben Erweiterungen der Portfolios für Testdienstleister.

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Im Rahmen dieses kooperativen Forschungsprojektes werden webbasierte Plattformen, darauf aufbauende Anwendungstools und entsprechende Geschäftsmodelle entwickelt, um z. B. für kommunale Betreiber wasserwirtschaftlicher Objekte wie Kanalnetze, Pumpwerke, Regenbecken und Kläranlagen innovative Anwendungsmöglichkeiten von Industrie 4.0 Konzepten zu schaffen und den Weg der digitalen Transformation zu ebnen.

Die Integration simulationsgestützter und modellbasierter Methoden bildet die Basis als eine der Kernstrukturen dieses Projektes. Neben der Realisierung einer auf diesen Konzepten aufbauenden sicheren, virtuellen Plattform zur Entwicklung von Regelungs- und Steuerungsfunktionen und einer ebenfalls auf modellgestützten Methoden aufbauenden Laufzeitumgebung für die Ausführung intelligenter, datenintensiver Algorithmen sollen verschiedene simulationsgestützte Anwendungstools entstehen und im Rahmen des IT-Sicherheitsmanagements zur Einführung neuartigen Schutzmaßnahmen beitragen.
Ein wesentlicher Beitrag für die Zielerreichung ist aus diesem Grunde das vom ifak durchgeführte Teilvorhaben zur Entwicklung sicherer und intelligenter Simulationsservices für den integrierten Prozessentwurf und die Automatisierung kommunaler, abwassertechnischer Systeme. Hauptaufgabe ist es den Service- und Cloud-Gedanken in die Welt der Modellierung und Simulation von abwassertechnischen Systemen zu transportieren und für den Planungs- bzw. Optimierungseinsatz dem jeweiligen Anwender eine auf seine Anforderungen und seinen Informationsbedarf zugeschnittene Werkzeugkette auf Basis der Serviceplattform zur Verfügung zu stellen. Gegenstand der Forschung und Entwicklung sind dabei:

• Die Übertragbarkeit modellbasierter Steuerungskonzepte in die Automatisierungstechnik der nächsten Generation
• Laufzeitumgebung für ein intelligentes und datenintensives Steuerungssystem
• Universelle Beobachtermodelle und Modelle für die virtuelle Inbetriebnahme sowie Modelle zur Veredlung von Prozessinformationen durch die Zusammenführung von Onlinedaten mit Simulationsdaten
• Integration der Prozesssimulation in den IT-Sicherheitsprozess
• Sicherheitskonzepte für den Simulationsservices

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Inbetriebnahme-, Betriebs- und Wartungs-begleitende Diagnose verteilter automatisierungstechnischer Systeme können maßgeblich zur Qualitätssicherung in verschiedensten Anwendungsdomänen beitragen. Die Diagnose einzelner Automatisierungskomponenten wird heute bereits praktiziert. Im Projekt REDI4.0 soll darüber hinaus eine erweiterte regelbasierte Diagnose verteilter Systeme ermöglicht werden. Erstmals sollen verhaltensbasierte als auch strukturelle Diagnoseregeln gemeinsam durch eine neue Regelnotation beschrieben und gleichzeitig überprüft werden. Dafür werden Konzepte und Methoden für eine performante Diagnose‑Engine benötigt und in REDI4.0 entwickelt. Die Evaluierung und Demonstration der Projektergebnisse wird durch prototypische Implementierungen und Demonstratoren realisiert, wobei sich in erster Linie auf die Anwendungsdomäne industrielle Automation konzentriert wird. Die Ergebnisse können aber auch in anderen Domänen mit ähnlichen Anwendungsfällen angewandt werden.

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Ziel des Forschungsvorhabens fast traffic ist die Erforschung, Entwicklung und Demonstration der Technologiebasis für eine echtzeitfähige Vernetzung von Fahrzeugen untereinander und mit der Infrastruktur. Dies wird die Voraussetzung für die Assistenzsysteme der Zukunft schaffen und die Sicherheit im Straßenverkehr massiv erhöhen. Um die dafür notwendige niedrige Ende-zu-Ende-Latenz zu erreichen, müssen alle beteiligten Komponenten im Hinblick auf die Zeitverzögerung optimiert werden. Um den Erfolg des Gesamtprojekts fast traffic zu sichern, werden im Teilprojekt fast traffic eval zwei Schwerpunkte verfolgt. Der Erste beinhaltet die Anbindung mobiler Verkehrsteilnehmer und ihrer Verkehrsdaten an vorhandene intelligente Verkehrsinfrastruktur und zentrale Datenplattformen, wie z. B. den MDM. Als Zweites ist die Entwicklung echtzeitfähiger Testsysteme für hochverteilte Car2X-Applikationen vorgesehen. Dies soll insbesondere die Zusicherung des Zeitverhaltens über einen ausgiebigen Test ermöglichen.

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Im Forschungsprojekt MENDEL werden durch Optimierungsalgorithmen in verschiedenen Bereichen die Grundlagen geschaffen, um im Zuge der Einführung von Elektromobilität für die Planung und die Durchführung von Öffentlichem Verkehr eine kosteneffiziente Ladeinfrastruktur bereitzustellen, welche die besonderen Anforderungen von Elektrobussen berücksichtigt. Parallel hierzu wird eine Minimierung der Betriebskosten durch die Minimierung des verbrauchsunabhängigen Leistungspreises sowie des Energieverbrauchs der Busse im operativen Betrieb angestrebt. Zur Erreichung dieser beiden übergeordneten Ziele werden verschiedene Teilprobleme betrachtet. Diese umfassen strategische Aspekte im Sinne einer optimalen Fahrzeugeinsatzplanung, taktische Aspekte im Sinne eines optimalen Lastmanagements im Betrieb und operative Aspekte einer ressourceneffizienten Betriebsführung in Verkehrsunternehmen. Hierbei werden Verfahren entwickelt, welche bei der betrieblichen Vorplanung die Umläufe, die Infrastruktur und die Verkehrssteuerung optimal aufeinander abstimmen. Für die Belange der konkreten Betriebsdurchführung werden anschließend aufbauend auf eine bestehende Ladeinfrastruktur, vorhandene Umläufe und eine bekannte Verkehrssteuerung, Verfahren entwickelt, welche unter Berücksichtigung der Gegebenheiten für eine kosten- und energieeffiziente Betriebsdurchführung sorgen.

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Der Markt für faserverstärkte Kunststoffe (FVK) wächst in Deutschland überdurchschnittlich. Die typischerweise auftretenden Fehler im Produktionsprozess, wie z. B. Fremdeinschlüsse oder Delaminationen erfordern zuverlässige qualitätssichernde Prüfungen. Eine hierfür geeignete zerstörungsfreie Prüfmethode (ZfP) stellt die Mikrowellendefektoskopie dar.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Werkzeugs zur eindeutigen Fehlstellendarstellung durch Verbesserung der Aufnahmetechniken. Dadurch sollen zukünftig bisher, mit dieser Technik, nicht auffindbare Fehler sicher erkannt werden. Gemeinsam mit den erfassten Messdaten soll eine autonome Erkennung und hochaufgelöste Rekonstruktion von Geometriesprüngen und Defekten entwickelt werden. Das Vorhaben konzentriert sich auf unterschiedliche FVK mit verschiedenen Defektarten und die Algorithmen-basierte (autonome) Interpretation der gemessenen Reflexionssignaturen.

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Das Projekt PASST 4.0 strebt als Gesamtziel die Stärkung von KMU im Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus sowie die Stärkung von Forschungseinrichtungen in Sachsen-Anhalt an. Dies soll durch die Vertiefung der Wertschöpfung sowie durch die Erhöhung der Attraktivität von Produkten und Arbeitsprozessen des Maschinen- und Anlagenbaus Sachsen-Anhalts erreicht werden. Insbesondere soll durch einen innovativen After-Sales-Service die Zuverlässigkeit und Qualität der gelieferten Maschinen und Anlagen erhöht werden. Auf Basis von Cloud-Services werden zudem neue Geschäftsmodelle für Anbieter von Telekommunikations- und Forschungsdienstleistungen entwickelt.

Bei der Umsetzung des Projekts müssen große Mengen an Betriebszuständen analysiert werden, z. B. um kausale Zusammenhänge zwischen Betriebsfahrweise und Produktqualität sowie Lebensdauer der Produktionsanlagen zu ermitteln. Dafür soll eine Cloud-basierte Portal-Lösung entwickelt werden. Es wird eine Kommunikation zwischen Maschinenbetreiber, Portalbetreiber und Maschinenbauer notwendig.

Im Rahmen des Projekts wird ifak eine Gateway-Lösung entwickeln, welche zwischen Maschinensteuerung und dem Cloud-Portal angeordnet ist. Es soll untersucht werden, welche Kommunikationslösungen sowohl zwischen Maschinensteuerung und Gateway als auch zwischen Gateway und Cloud-Portal aus Sicht eines After-Sales-Service-Betriebs sinnvoll eingesetzt werden können. Herausforderungen dabei sind z. B. die hohe Dynamik der Maschinensteuerungen, die unterschiedlichen Erwartungen der Automatisierungstechniker und Cloud-Portal-Entwickler hinsichtlich der höheren Protokollschichten des Automatisierungssystems (z. B. OPC UA, REST oder Message-Queues), die Notwendigkeit zur Beschränkung der Zugänglichkeit zu den Maschinendaten durch den Maschinenbetreiber, sowie plötzliche und geplante Unterbrechungen der Kommunikationsnetze. Deshalb soll eine gepufferte Datenübertragungslösung entwickelt werden, die den genannten Bedürfnissen gerecht wird. Außerdem wird das ifak Lösungen zur Visualisierung spezieller Prozessparameter des Reibschweißens entwickeln.

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Projektziel ist die Entwicklung einer nationalen Rahmenarchitektur für Intelligente Verkehrssysteme (IVS) als Strategie zur Einführung von IVS in Deutschland. Mit einer einheitlichen Vorgehensweise soll die Interoperabilität der IVS und zugehörigen Teilsystemen und Komponenten sichergestellt werden, so dass keine Insellösungen und schwer erweiterbare monolithische Systeme entstehen. 

Mit Hilfe einer detaillierten Aufbereitung real existierender Systemarchitekturen und bereits geschaffener einzelner Teilsystemarchitekturen soll der Entwicklungsstand in Deutschland zum gegenwärtigen Zeitpunkt unter technisch-funktionellen und operationell-organisatorischen Aspekten dargestellt werden. Damit lassen sich die Systematik der Interoperabilität auf allen Ebenen, die Problemlagen und Rollenverteilung der Beteiligten, die zu schaffenden Funktionalitäten für den Betrieb erfassen und die notwendigen Kriterien für eine mögliche Übertragbarkeit ableiten. In diesem Zusammenhang soll eine Festlegung von Terminologie, Richtlinien, Standards, Prozessen, Technologien und Organisationsformen erfolgen.
In dem vom ifak bearbeiteten Los 2 des Gesamtprojektes  entsteht daraus eine Referenzarchitektur für den Bereich Verkehrsinformation Individualverkehr als konkretisierte Anwendung der Rahmenarchitektur. Die Referenzarchitektur dient im Ergebnis als Grundlage für konkrete Anwendungen und gleichzeitig innerhalb des Projekts zur Verifizierung der Rahmenarchitektur.

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In Deutschland werden pro Jahr rund 150.000 Patienten mit einem künstlichen Kniegelenk versorgt. Die mittlere Verweildauer der Patienten im Krankenhaus für diese Operationen beträgt derzeit noch ungefähr 10 Tage. Es bestehen seit einigen Jahren Bestrebungen, die stationäre Rehabilitation durch eine ambulante Rehabilitation zu ersetzen. Eine zeitigere und generell stärkere ambulante Betreuung der Patienten erfordert neue Instrumente, um die Progression der Funktion nach einer Kniegelenksoperation im Krankenhaus und auch zu Hause besser überprüfen zu können.
Ziel des aus dem ZIM-Kooperationsnetzwerk MobISTeK hervorgegangenen Projektes MobISTeK-STICKIE ist die Entwicklung eines autarken sensorgestützten Systems, das auf mehreren Ebenen in der stationären und ambulanten Behandlung der Patienten nach einer Knie-Endoprothetik eingesetzt wird und die Funktion des operierten Kniegelenkes sowie die Aktivität des Patienten überwacht, um den Rehabilitationsverlauf jederzeit steuern zu können.

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Um den Herausforderungen im Bereich moderner Fertigungs- und Verfahrenstechnologie (Industrie 4.0; industrielles Internet der Dinge) gerecht zu werden, muss bei der Industrie das Vertrauen in die Verlässlichkeit der drahtlosen Verbindungen sichergestellt sein, damit in der Industrie drahtlose Kommunikation statt oder ergänzend zu der herkömmlichen drahtgebundenen Verbindungen im Kontroll- und Monitoring-Bereich eingesetzt wird. Diese Sicherheit, ob ein drahtloses Kommunikationssystems für spezielle Anwendungen genützt werden kann, leistet die Verifizierung durch ein standardisiertes Validierungs-/Bewertungssystem.
Obwohl schon sehr viel im Bereich der Netzwerkplanung und Abschätzung der Konnektivität geleistet wird, existiert nach wie vor kein derartiges Bewertungssystem. Im ReICOvAir-Projekt werden die notwendigen Standards, Methoden und Werkzeuge zur Verifizierung entwickelt, standardisiert und in eine umfassende Software- und Hardware-Testumgebung integriert.
Die Entwicklung des Bewertungssystem für drahtlose Kommunikationssysteme (z.B. die maximale Verzögerung und die Paketfehlerrate bei bestimmten Interferenzbedingungen) wird durch das Sammeln von Anforderungen aus der Industrie, gegenwärtige Forschungsaktivitäten (z. B. FITS Projekt) und Standardisierungsaktivitäten (e.g. LTE-M, LoRa Allianz) ermöglicht. Eine Reihe relevanter Testfälle wird für den Bewertungsprozess definiert. Diese werden aus typischen Anwendungsfällen bestehen (z. B. ein Interferenzszenario) sowie aus Methoden zur Referenzierung individueller Empfangsszenarios in Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall (z. B. das Bestimmen des ungünstigsten Szenarios innerhalb einer tatsächlichen Entwicklung). Sowohl das Bewertungssystem als auch die Testfälle sollen bei europäischen Standardisierungsgremien eingereicht werden.

Der zu entwickelnde Testaufbau wird aus folgenden Teilen bestehen:
- Modellierung verschiedener Koexistenzszenarien
- QuaDRiGa 2.0, ein modernes, auf die Anforderungen industrieller Umgebungen optimiertes Ausbreitungskanalmodell
- Parameter für das Kanalmodell, generiert aus Channel Sounder Messkampagnen
- Methoden, die das Medienzugangsverhalten in industriellen Umgebungen basierend auf einem Funk Transfer Tester (FTT), berücksichtigen
- Eine softwarebasierte Testumgebung, um hardwareunabhängig Kommunikationsstandards bewerten zu können
- Eine Hardware Testumgebung, um existierende drahtlose Kommunikationslösungen zu bewerten
- Eine vereinheitlichte Kontrollsoftware für beide Testumgebungen

Mit ReICOvAir kann die Industrie die Hemmschwelle, drahtlose Kommunikation im Produktionsprozess einzusetzen, überwinden.

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Neuartige Sanitärsysteme ( NASS ) sind vor dem Hintergrund der Ressourcenverknappung, des sinkenden Wasserverbrauchs und damit einhergehender hydraulischer Probleme in unseren Abwasserkanälen sowie sich stetig ändernder Randbedingungen durch demografischen und klimatischen Wandel in den letzten Jahren auch in Deutschland immer stärker in den Fokus siedlungswasserwirtschaftlicher Betrachtungen gerückt. Ziel ist die Wiedernutzung beschränkter Ressourcen (z. B. Nährstoffe) sowie ein nachhaltigeres Abwassermanagement. Diskussionen zu diesen Technologien werden oft engagiert geführt, bedürfen jedoch einer Versachlichung. Vielfach bestehen vor allem von Seiten der Planer und Genehmigungsbehörden Vorbehalte, die auf mangelnden Kenntnissen beruhen.

Zwar sind in einigen Pilotprojekten innovative Technologien, welche unter dem Begriff neuartige Sanitärsysteme zusammengefasst werden, positiv erprobt worden, jedoch ist deren gleichberechtigter Einsatz neben den konventionellen Verfahren der Abwasserableitung mittels Schwemmkanalisation und der Abwasserreinigung bislang nicht gegeben. Für die Verstetigung als Stand der Technik fehlen jedoch Planungswerkzeuge sowie teilweise auch Regelwerke. Im Projekt wird ein Simulator entwickelt, der es erlaubt, die sich für verschiedene Sanitärkonzepte ergebenden Stoffströme zu visualisieren und somit das Potenzial derartiger Systeme unter den vor Ort gegebenen Randbedingungen zu evaluieren.

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Seit einigen Jahren ist eine zunehmende Verbreitung von Systemen, die ihre Energie auf induktivem Wege übertragen, zu beobachten. Die Motivation zum Einsatz solcher Systeme ist dabei stets durch die jeweilige Applikation geprägt. Während z.B. bei der kontaktlosen Handyaufladung vor allem die Verschleißanfälligkeit des sonst üblichen Ladesteckers im Fokus steht, können industrielle Fertigungsstrecken dank induktiver Energieübertragung oft erst vollständig automatisiert werden (z.B. mit dem auf der HMI 2015 vorgestellten System FreeCon der Firma Weidmüller).

Besonders im Bereich der Elektromobilität ist in der nächsten Zeit mit einer weiteren Verbreitung dieser, bisher nur vereinzelt bzw. in Pilotprojekten (z.B. JustPark, W-Charge, GeMo, IndiOn, InterOP, …) eingesetzten Technologie zu rechnen. Der Verzicht auf die beim konduktiven Laden unhandlichen Ladekabel sowie die Möglichkeit der vollautomatischen Akkuladung, direkt nach dem Abstellen des Fahrzeuges, prädestinieren diese Technik geradezu. Auch die internationale Normung trägt diesem Umstand Rechnung. Im Arbeitskreis des VDE DKE (GAK 353.0.1), zu dessen frühesten Mitgliedern aus dem Bereich der Wissenschaft das ifak zählt, wird an einer allgemeingültigen Beschreibung derartiger Systeme gearbeitet. Einige der wichtigsten Aspekte sind neben dem Wirkungsgrad dabei die Interoperabilität der Systeme verschiedener Hersteller sowie die Luftspalt- und Verschiebetoleranzen. Aktuelle induktive Übertragungsanordnungen sind entweder nicht kompatibel mit denen anderer Hersteller oder sie weisen, wie im Leuchtturm-Projekt InterOP, in dem unter aktiver Beteiligung des ifak interoperable Ladetechnik entwickelt wurde, eine noch ausbaufähige Luftspalt- und Verschiebetoleranz auf.
Mit dem innovativen Ansatz des im Projekt angestrebten Direktladesystems lassen sich diese Toleranzen erhöhen und somit die Nutzerakzeptanz steigern. Neben der Elektromobilität ist diese Technik vor allem auch für den industriellen Bereich interessant. Hier stehen insbesondere die Aufladung von mobilen Logistiksystemen, Flurförderfahrzeugen, mobilen Komponenten in der Automatisierungstechnik usw. im Fokus. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines intelligenten, direkt regelnden Sekundärteils für die kontaktlose Aufladung von Energiespeichern, welches keine Datenverbindung mehr zur Primärseite und auch keinen nachfolgenden Laderegler benötigt. Durch die leistungsseitige Skalierbarkeit (bis in den Bereich mehrerer kW) wird eine Verwendung im E-Mobility-Bereich und auch im Industriebereich angestrebt.

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Moderne Kommunikationsinfrastrukturen ermöglichen die Erfassung, Verarbeitung und kollaborierte Nutzung von Informationen wo immer wir uns heute aufhalten. Dies schafft Möglichkeiten der Informationsbündelung und gezielten -nutzung. Aktuell gehen Nutzungskonzepte und Anwendungen moderner Schlüsseltechnologien aber noch an Aktivitäten im Rettungswesen und Katastrophenschutz vorbei. Im vom BMWi geförderten Kooperationsnetzwerk (http://www.zim-bmwi.de/kooperationsnetzwerke) MobISTeK sollen daher Methoden, Maßnahmen, Dienstleistungen, Komponenten und Systeme für Infrastrukturen von vernetzten Einsatzfahrzeugen entwickelt und der Einsatz von Rettungsteams unterstützt werden.

Gerade in Extremsituationen kann die zeitkritische Information und effiziente Entscheidungsunterstützung für Rettungs- und Katastrophenschutz lebensrettend sein. Darum wollen wir mit modernster Funk- und Informationstechnologie passgenaue Komponenten und Gesamtsysteme entwickeln und modulare Nachrüstungskonzepte für Einsatzfahrzeuge entstehen lassen. Im Vorhaben werden zudem offene Fragestellungen, insbesondere zur Akzeptanz, Sicherheit und der Interaktion zum Menschen bei der Verwendung vernetzter IT-Technologien unter den speziellen Bedingungen in der Rettung untersucht. Im Ergebnis sollen Einsatzfahrzeuge notfallbezogen koordiniert und die Einsätze selbst effizienter gestaltet werden. Letztendlich kann so die Notfallversorgung auch im Hinblick auf die demographische Entwicklung optimiert und der Standort Sachsen-Anhalt, in dem die Netzwerkpartner schwerpunktmäßig ansässig sind, gestärkt werden.

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Das Engineering von dezentralen / verteilten Automatisierungssystemen erfordert insbesondere im Rahmen der Industrie 4.0 Aktivitäten einen effektiven, standardisierten Austausch von Engineeringdaten zwischen Softwarewerkzeugen verschiedener Hersteller. Daher wird die Standardisierung eine sehr wichtige Maßnahme innerhalb der Industrie 4.0 Aktivitäten sein müssen. Die Zielstellung des Projektes umfasst die Unterstützung der internationalen Standardisierungsprozesse für das Engineering von Industriesteuerungen auf Basis der IEC61131 , insbesondere von IEC61131-3 (nach der Veröffentlichung der 3rd Edition in 2013), IEC61131-1 0 (während des zurzeit laufenden Standardisierungsprozesses) und IEC61131-x "OPC UA lnformationsmodell" (für die Zukunft angestrebt). Dazu sollen XML Bibliotheken und Klassendiagramme als plattformübergreifende Programmgrundgerüste entwickelt und in Zusammenarbeit mit Standardisierungsgremien (IEC) und Nutzerorganisationen, insbesondere PLCopen, frei zugänglich gemacht werden. Neben diesen Gremien werden die Ergebnisse in AutomationML eingespeist, um den Informationsfluss zwischen Engineeringwerkzeugen entscheidend zu verbessern und den Integrationsaufwand zu senken.

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Für zahlreiche Prozesse im industriellen Umfeld wäre es außerordentlich hilfreich, Energie ohne vordefinierte Übertragungskanäle völlig frei im Raum kumulieren zu können. Die lokale Fokussierung mit Ultraschallwellen ist in diesem Zusammenhang eine erfolgversprechende Methodik.

Mit dem geplanten Vorhaben soll eine modellbasierte Methode der Kalibrierung geschaffen werden, die keine aufwändige experimentelle Herangehensweise erfordert. Durch zielgerichtete Kombination von Finite-Elemente-Methoden (FEM) und analytischer Modellierung erfolgt zunächst die Abbildung der Schallausbreitung innerhalb einer sogenannten chaotischen Kavität. An der Grenzfläche zwischen Kavität und Medium koppeln die Schallwellen auch in das Medium aus - die Grenzfläche agiert daher wie ein virtueller Gruppenstrahler mit verteilten Punktquellen. Deren zeitversetzte Ansteuerung mit den an der Kavität angekoppelten Schallwandlern beeinflusst das entsprechende Abstrahlverhalten des virtuellen Strahlers und kann somit gezielt zur dynamischen Fokussierung im Medium genutzt werden.
Im Ergebnis des Vorhabens liegt eine Methode vor, mit der die beliebige akustische Fokussierung in einem fluiden oder festen, halb-unendlichen Medium unter Verwendung einer nachhallenden Struktur (Kavität) konfiguriert werden kann.

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Die Begleitforschung BZKI soll übergeordnete Fragestellungen zur zuverlässigen drahtlosen Kommunikation in der Industrie bearbeiten. Dafür werden die Einzelprojekte des Förderschwerpunktes zusammengeführt, koordiniert und im Gesamtzusammenhang behandelt. Neben den inhaltlichen Querschnittsthemen werden die zentralen Innovationspotenziale ermittelt und übergreifend bearbeitet. Die Projektpartner der Begleitforschung unterstützen damit das BMBF und die Forschungsprojekte bei ihrer Innovationstätigkeit. Ein wesentliches Ziel des ifak ist die Etablierung einer engen Kooperation zwischen Automatisierung (neue Anforderungen) und Funkkommunikation (neue Möglichkeiten). Schwerpunktthemen des ifak sind die Berücksichtigung der Forschungsergebnisse in einem einheitlichen Informationsmodell der industriellen Funkkommunikation und die einheitliche Performance-Bewertung von Funkkommunikationslösungen unter dem Aspekt industrieller Funkanwendungen.

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Ziel des Forschungsvorhabens ist es, innovative Technologien für ein industrielles Funkkommunikationssystem zu erarbeiten, welches neue Funktionalitäten und Eigenschaften für Produktionskonzepte im Kontext Industrie 4.0 bietet, um beispielsweise verteilte regelungstechnische Echtzeitanwendungen zu realisieren.

Schwerpunkt des ifak ist die Abbildung dynamisch wechselnder Anforderungen künftiger Produktionskonzepte an die Echtzeitkommunikation auf adaptive Funktionen zukunftsweisender Funkkommunikationstechnologien. Dazu werden Anwendungsszenarien methodisch aufbereitet und Anforderungsprofile abgeleitet. Darauf basierend werden Validierungskonzepte erarbeitet, als Grundlage für simulative und messtechnische Untersuchungen. Mithilfe einer Validierungsplattform wird die Performance von Implementierungen anwendungsorientiert und technologieunabhängig untersucht und bewertet. Die Ergebnisse dienen der Erstellung von Fähigkeitsprofilen für die Zuordnung der erforschten Lösungen zu den Anforderungsprofilen.

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Ziel dieses Vorhabens ist die Erforschung eines zentralen, übergeordneten Koexistenzmanagements und kognitiver Mediumszugangsalgorithmen für industrielle Funkkommunikationsnetzwerke, die den Herausforderungen zukunftsweisender Produktionskonzepte entsprechen. 

Das ifak wird sich neben der Anforderungsanalyse und der Konzeptentwicklung für das Gesamtsystem insbesondere auf die Dienste und Protokolle für den Informationsaustausch zwischen allen Beteiligten des übergeordneten Koexistenzmanagements konzentrieren. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten ist die Validierung der erforschten Lösungen durch die Nachbildung anspruchsvoller Koesistenzszenarien.

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Zu-Fuß-Gehen ist Bestandteil fast jeder Reise egal welches Hauptverkehrsmittel genutzt wird. Das Ziel von PERRON ist, die Wegesuche und die Navigation für Fußgänger deutlich realistischer zu gestalten als bisher, wo in der Regel Straßen für Kraftfahrzeuge die Datengrundlage bilden. Diesbezüglich ist es an der Zeit, einen Betrachtungswechsel zu vollziehen: Straßen sind für Fußgänger keine Wege sondern Hindernisse. Fußgänger sollten stets auf Gehwegen geführt werden. Im Forschungsprojekt PERRON werden dementsprechend die folgenden Probleme adressiert: (a) ein im EU-Projekt COST-358 Pedestrian Quality Needs entwickeltes Modell wird für die Wegesuche in Abhängigkeit von der Gehwegqualität umgesetzt, (b) die Querung von Straßen abseits von Ampeln und Zebrastreifen wird bei der Wegesuche berücksichtigt und © verschiedene Methoden der Fußgängernavigation werden erweitert und angepasst.

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Mechanische Wellen durchdringen Behälter- oder Rohrwände und können somit als Clamp-on-Systeme Informationen zu Füllstand, Durchfluss oder Stoffkonzentration liefern. Das Vorhaben unterstützt den Hersteller von Durchflussmesseinrichtungen bei der diesbezüglichen Erweiterung der Funktionalität seiner Produkte. Schwerpunkte der Arbeiten bilden dabei die sende- und empfangsseitige Optimierung der Hardware, die Erarbeitung und Implementierung neuer Algorithmik auf der Basis zuvor durchgeführter Simulationen zur Schallausbreitung sowie die Realisierung eines innovativen Schnittstellen- und Bedienkonzepts.

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Der Schutz kritischer Infrastrukturen wie etwa Energieerzeugung und -verteilnetze, Transportsysteme, Wasserver- und -entsorgung oder wichtiger Produktionsstandorte der fertigungs- oder verfahrenstechnischen Industrie erfordert Lösungen zum Erkennen von Störungen oder gezielten Manipulationen. Ebenso wichtig ist das Management angemessener Gegenmaßnahmen, da die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen kritischen Infrastrukturen sehr vielfältig sind. So können sich Ereignisse in Energieversorgungsnetzen z. B. auch auf andere kritische Infrastrukturen wie etwa Transportsysteme oder die Wasserversorgung auswirken. Im Projekt ECOSSIAN (European Control System Security Incident Analysis Network) werden Plattformen und Methoden entwickelt, die ein lokales, nationales und Europa-weites Reagieren auf Ereignisse ermöglichen. Im Rahmen des durch die EU geförderten Projektes werden durch ifak Arbeiten zum Erkennen und Auswerten von Fehlern in industriellen Netzwerken für die Automatisierung von Produktionsanlagen und Energieverteilnetzen durchgeführt. Weiterhin unterstützt ifak die Spezifikation einer geeigneten IT-Plattform.

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Ziel des Vorhabens ist die Vorbereitung der Einbringung, die Vorstellung und die Vertretung eines Referenzmodells zur Entwicklung von Geräte- und Systemfunktionen für ein anwendungsorientiertes, automatisches Management industrieller Funkanwendungen. Dabei sollen Ergebnisse verschiedener Forschungsvorhaben aufbereitet und in die ETSI ERM TG 41 "Wireless Industrial Applications" sowie in die IEC/SC65C WG 17 "Wireless Coexistence" eingebracht werden. Das Referenzmodell soll einen einheitlichen Rahmen für Forschungs- und Entwicklungsprojekte in diesem Bereich liefern. Es wird den gesamten Lebenszyklus einer Funkanwendung berücksichtigen. Das betrifft sowohl den Entwurf, die Entwicklung und die Produktion von Funkprodukten als auch die Planung, die Installation, Inbetriebnahme, den Betrieb und die Außerbetriebsetzung von Funkanwendungen. Damit wird ein wesentlicher Beitrag zur Vernetzung in der Produktion und zur Digitalisierung der Managementprozesse (hier für die Kommunikationsinfrastruktur) gemäß Industrie 4.0 geleistet. Beispiele für solche Prozess sind die Inbetriebnahme von Produktionsanlagen mit Funkkommunikation oder das Koexistenzmanagement. Das Referenzmodell soll auf alle Frequenzbereiche anwendbar sein.

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Das primäre Ziel der Forschungsarbeiten des Teilvorhabens "Interoperables Sekundärsystem für Niedervoltfahrzeuge (ifak)" im Verbundprojekt InterOP ist die ganzheitliche Untersuchung und Entwicklung geeigneter Lösungen zur Sicherstellung nutzergerechter und sicherer Lade­systeme für Elektrofahrzeuge auf Basis der Technologie der kontaktlosen Energieübertragung. Weiterführend sollen Verfahren und Systemansätze für die Optimierung der magnetischen Über­tragungssysteme von kontaktlos induktiven Systemen und zur Automatisierung des Ladevor­ganges entwickelt sowie begleitende Untersuchungen für die Sicherstellung der Interoperabilität durchgeführt werden. Die Komplexität kontaktloser Systeme und die prinzipbedingten Fragestellungen zur Sicherheit (magnetische und elektrische Felder, Gesundheitsaspekte) hinsichtlich des Einsatzes im öffent­lichen Raum stellen hierbei eine neuartige Herausforderung dar. Insbesondere die anwen­dungsspezifischen Fragestellungen aus dem Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und Umweltverträglichkeit (EMVU) sowie grundlegende Sicherheitsaspekte sollen dazu im Rahmen des Projektes untersucht werden. Die zweite Zielstellung ist der Nachweis der Interoperabilität für sekundäre Fahrzeugsysteme mit Niedervolttechnik. Dabei wird zunächst auf die Umsetzung im Anwendungsbereich der im Gesamtprojekt vorgesehenen Elektrofahrzeuge fokussiert. Perspektivisch sollen aber auch weitere Niedervolt-Fahrzeugklassen, wie z. B. Fördertechnik (Gabelstapler), Elektrozweiräder, industrielle Fördertechnik oder verschiedene Mobilitätshilfen im Medizinbereich, berücksichtigt werden. Forschungsschwerpunkte bilden hierbei insbesondere die Konzeption und Entwicklung eines geeigneten Spulensystems und der erforderlichen Spannungsanpassung.

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Das Internet und insbesondere soziale Netzwerke sind heute wichtige Quellen für zahlreiche aktuelle Informationen. Dazu zählen wenig hilfreiche Aussagen, wie „Liebe Autofahrer Vorsicht im Verkehr. Bin heute mit dem Rad unterwegs.“ aber auch nützliche Informationen wie „Sperrung der A14 aufgehoben, momentan eine freie Spur je Richtung“. Um diese Informationen bspw. zur Verifikation oder Ergänzung der Informationen aus offiziellen Quellen nutzen zu können, müssen sie gefiltert und analysiert werden. Dies kann aufgrund der überwältigenden Breite des Nachrichtenstromes nur automatisch erfolgen. Mit dem Projekt „AUSWEG“ wird deshalb am Beispiel von Verkehrsinformationen das Ziel verfolgt, Informationen anhand domainspezifischer Vorgaben aus unstrukturierten Quellen zu gewinnen. Neben der Anwendung semantischer Technologien und dialogbasiertem maschinellem Lernen soll hierbei auch die Generierung aktiver Rückfrage an die Autoren der Nachrichten untersucht werden.

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Das im Rahmen der Projektallianz 3Dsensation (http://www.3d-sensation.de/) vom BMBF geförderte Einzelvorhaben GeriaBall widmet sich der Entwicklung intuitiver Handkraftmessgeräte. Perspektivisch soll über die Handkraftmessung frühzeitig eine voranschreitende Muskelschwäche erkannt werden. Eine sinkende Handkraft kann zu einer steigenden Sturzgefahr führen. Insbesondere bei älteren Personen kann gezieltes Handkrafttraining daher eine sinnvolle Maßnahme zur Sturzprävention sein.

Ziel des Vorhabens ist es, die technischen Grundlagen für intuitive und günstige Handkraftmessgeräte zu erforschen und auf dieser Basis ein Umsetzungskonzept sowie einen Funktionsdemonstrator für den häuslichen Einsatz zu entwickeln. Im Ergebnis soll eine Hardwarelösung entwickelt werden, die mittels Sensorik durch einfache Mensch-Technik-Interaktion die Handkraft eines Patienten messen und die Ergebnisse IT-gestützt an verbundene Geräte (z. B. Smartphone) oder Systeme (z. B. elektronische Patientenakte) senden kann.

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Die Dispergiergüte von Polymercompounds stellt eines der zentralen Qualitätskriterien bei der Kunststoffaufbereitung dar. Die in der Praxis üblicherweise eingesetzten Offline-Analysemethoden sind arbeits- und zeitaufwändig und ermöglichen keine lückenlose Prozesskontrolle. Im Vorhaben soll untersucht werden, inwieweit es durch den Einsatz von Ultraschallsensoren möglich ist, die Dispergiergüte von Füllstoffen direkt im Compoundierprozess in Echtzeit zu erfassen. Innovativer Ansatz des Vorhabens ist der Einsatz von Ultraschallsensoren in Reflexionsanordnung. Dadurch ist der Zugang zur Compoundieranlage vereinfacht und die Analyse kann ohne Zuhilfenahme eines Bypasses erfolgen. Das Vorhaben strebt darüber hinaus die Formulierung einer einheitlichen, standardisierten und aussagekräftigen Definition der Dispergiergüte, wie sie bislang im Bereich der Kunststoffverarbeitung nicht existiert, an.

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In aller Regel sind Entwässerungssysteme als statische, unflexible Systeme mit einer langen Nutzungsdauer ausgelegt. Das Projekt „SaMuWa“ soll Kommunen und Entwässerungsbetriebe bei der Umstellung von einer statische ausgerichteten Entwässerungsplanung zu einer anpassungsfähigen Bewirtschaftung des stadthydrologischen Gesamtsystems unterstützen. Es werden planerische und betriebliche Möglichkeiten untersucht, um das Potenzial des Bestands unter den Bedingungen des Wandels (Klima, Demografie, Struktur) und der Unsicherheit bestmöglich auszunutzen. Um die Handlungsoptionen zu erweitern, werden darüber hinaus Planungsinstrumente entwickelt, die Stadtentwicklungs- und Freiraumplanung sowie Wechselwirkungen mit dem natürlichen Wasserhaushalt einbeziehen. Am ifak wird herbei ein leicht zu bedienender (geringer Einarbeitungsaufwand) Simulator sowie eine Methodik zur simulationsgestützten Ermittlung des Steuerungspotenzials für eine Kanalnetzsteuerung entwickelt und anhand von zwei Fallbeispielen aus der Praxis getestet und verfeinert. Hierbei wird das in der jüngeren Fachliteratur verstärkt geforderte Zusammenwirken von Kanalnetz und Kläranlage berücksichtigt.

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Übergeordnetes Ziel des Projektes KURAS ist die Erarbeitung und modellhafte Demonstration von integrierten Konzepten eines nachhaltigen Umgangs mit Abwasser und Regenwasser für urbane Standorte.
Zum einen sollen für Abwasserentsorger und Kommunen mit flachen Kanalnetzen Handlungsempfehlungen erarbeitet werden, wie sie ihre technische Abwasserinfrastruktur langfristig und zukunftsorientiert betreiben, ausbauen und verändern können. Besonders im Hinblick auf zukünftig zu erwartende klimatische, demografische und stadtentwicklungsmäßige Veränderungen sind zunehmende Probleme im Betrieb der bestehenden Abwassernetze zu erwarten.
Zum anderen sollen Konzepte der nachhaltigen Regenwasserbewirtschaftung für urbane Standorte entwickelt werden. Die Konzepte richten sich ebenfalls an Kommunen und Abwasserentsorger und sollen:

• zentrale und dezentrale Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung hinsichtlich ihrer Effekte auf Umwelt, Stadtklima, Bauphysik und Kosten(struktur) vergleichbar machen,
• eine Optimierung von Maßnahmenkombinationen bezüglich dieser Effekte ermöglichen,
• für Quartiere, Kleinstädte und Metropolen in Bestand und Neubaugebieten anwendbar sein,
• erwartete zukünftige Veränderungen berücksichtigen können,
• an zwei Berliner Beispielquartieren demonstriert werden und
• Vorschläge für zukunftsfähige Finanzierungsmodelle und ordnungsbehördliche Maßnahmen enthalten.

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Der Betrieb von Kläranlagen zur weitergehenden Abwasserreinigung ist mit erheblichen Kosten und Ressourcenverbrauch verbunden. Insbesondere der Energiebedarf (Stromverbrauch) von Kläranlagen stellt eine signifikante Komponente des Energiebedarfs von Kommunen dar. Dementsprechend werden seit einigen Jahren viele Anstrengungen unternommen, um den Energiebedarf von Kläranlagen zu minimieren. Zu diesen Maßnahmen gehören unter anderem:

• Flexible Verfahrensgestaltung und Betriebsführung zur Maximierung der Stickstoffelimination (Denitrifikation),

• Angepasste Regelungskonzepte mit dem Ziel der Minimierung von Belüftungsenergie (O2-Sollwertabsenkungen, optimierte O2-Profile, ammoniumgeführte Belüftung, Nitrat-geführte intermittierende Belüftung).

• Entwicklung eines Planungswerkzeuges zur Auslegung und Optimierung von Kläranlagen, welches neben der Einhaltung typischer Anforderungen (Stickstoff-, Phosphor- und Kohlenstoffelimination), der Abschätzung des Energieverbrauchs und der Energieerzeugung auch explizit eine Quantifizierung und Bewertung der Nitrit-, Lachgas- und Methanemissionen berücksichtigt (die Errechnung der CO2-Emission ist auch enthalten).
• Entwicklung von intelligenten Regelungskonzepten, die neben der klassischen Einhaltung der Ablaufanforderungen und der Erreichung einer Energieverbrauchsminimierung auch das Risiko von Nitrit-, Lachgas- und Methanemissionen reduzieren.

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Die Gemeinde Hille gehört zu den größten Flächengemeinden Deutschlands und verfügt bisher über ein zentrales Klärwerk. Für neue Flächennutzungspläne und Baugebiete möchte die Gemeinde ein neues Abwasserkonzept, das die hohen Infrastrukturkosten der großen Fläche mindert. Da die Gemeinde außerdem ein Naherholungsgebiet ist und über ein Wasserschutzgebiet, in dem ein empfindliches Moor gelegen ist, verfügt, muss sichergestellt sein, dass das gereinigte Abwasser höchsten Anforderungen genügt.Im Rahmen dieses Vorhabens soll für die Gemeinde Hille als Modellregion ein dezentrales Konzept (ca. 200 EW) entwickelt werden, das die Abwasserreinigung mit der Nährstoff- und Energie(rück)gewinnung verbindet, technisch nicht zu aufwändig ist und den Gedanken nachhaltigen Wirtschaftens konsequent verfolgt.Es sollen mit Hilfe von planerischen Instrumenten, Pilotanlagen, Laborversuchen und dynamischen Simulationsverfahren alle Voraussetzungen erfüllt werden, um im Anschluss eine großtechnische Anlage in der Modellregion Hille zu realisieren.

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Das vom BMWi im Rahmen von KMU-innovativ geförderte Projekt iMediMan entwickelt ein effizientes Medikamentenmanagement für medizinische Versorgungs- und Pflegeeinrichtungen, um den stetig steigenden Arzneimittelkosten zu begegnen. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen Identifikations- und Softwaresystems für das Material- und Informationsmanagement auf Basis einer verteilten Medikamentenschranklösung. Damit soll die klinische Medikamentenlogistik an der Schnittstelle zwischen Apothekerversorgung und klinischem Stationsbetrieb optimiert und die Versorgungs- und Patientensicherheit in Pflegeeinrichtungen erhöht werden. Die Entwicklung der Softwarelösung wird begleitet durch die Bewertung der Auswirkungen der neuartigen Lösung auf die Versorgung der Patienten.

Das ifak beteiligt sich am Entwurf der Anwendungsszenarien und der Anforderungsdefinition. Darüber hinaus zeichnet ifak verantwortlich für die Spezifikation des Gesamtsystems sowie der verteilten Medikamentenschranklösung und unterstützt den Schnittstellenentwurf sowie die Gestaltung des User Interface. Das Institut wird außerdem die Plattform für das verteilte Medikamentenschranksystem aufsetzen. Die Projektarbeiten werden vom Geschäftsfeld Verkehr und Assistenz durchgeführt.

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Im Bereich des produzierenden Gewerbes sind die installierten Maschinen und Anlagen bereits durch einen sehr hohen Automatisierungsgrad gekennzeichnet. Dieser hohe Automatisierungsgrad stellt an das Engineering, also dem Prozess der Planung und Inbetriebnahme komplexer Maschinen und Anlagen, erhebliche Anforderungen, die nur mit unterstützenden Software-Werkzeugen beherrscht werden können. Im Forschungsprojekt AVANTI möchten die deutschen Projektpartner für den Anwendungsbereich im Automobilbau die Planungsarbeiten für Produktionssysteme entlang der Wertschöpfungskette verbessern. Dazu werden ausgehend von den Zulieferkomponenten detailgetreue Verhaltensbeschreibungen erstellt, die neben dem logischen Verhalten vor allem physikalische Eigenschaften für deren Einsatz enthalten. Darauf aufbauend werden automatisch Testfolgen abgeleitet, mit denen der Komponentenhersteller dokumentieren kann, wie er getestet hat. Der Maschinenbauer hat damit eine wesentlich bessere Vertrauensbasis und nutzt sowohl die Verhaltensbeschreibung also auch die Testfolgen für die Assemblierung und Validierung der Maschine. Projektpartner in Deutschland:
Daimler AG
Festo AG & Co KG
Rücker EKS GmbH
tarakos GmbH
TWT GmbH Science & Innovation
WWP-Systeme GmbH

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Das Vorhaben DIA.LYSIS (Diagnosis / Analysis) zielt auf die Entwicklung und Implementierung eines modularen Frameworks für den Einsatz zu verteilter Netzwerk- und Prozessdatenanalyse und zu Diagnosezwecken unter Berücksichtigung von Aspekten der IT-Datensicherheit (Security). Fokussiert ist das Framework auf Ethernet-basierte Automatisierungstechnologien und darauf aufsetzender Kommunikationsprotokolle und Dienste, wobei PROFINET den Schwerpunkt der Entwicklung bilden wird.

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Ziel der 30 Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft in der Forschungsinitiative UR:BAN ist es, innovative Fahrerassistenz- und Verkehrsmanagementsysteme für urbane Räume zu entwickeln, zu testen und deren Beitrag zur Verbesserung der Sicherheit und Effizienz zu bewerten. Ein weiterer Aspekt ist die Betrachtung des Menschen mit seinen vielfältigen Rollen im Verkehrssystem. In der Projektsäule Vernetztes Verkehrssystem (UR:BAN-VV) soll die Verkehrseffizienz in urbanen Räumen bei gleichzeitiger Senkung des Emissionsausstoßes optimiert werden. Dieses Ziel soll durch den Ausbau von intelligenter Infrastruktur und deren Vernetzung mit intelligenten Fahrzeugen unter spezieller Berücksichtigung verschiedener Antriebskonzepte (u. a. Elektro- und Hybridantriebe) erreicht werden.   Die Schwerpunkte der FuE-Arbeit des ifak liegen in den Teilprojekten "Smarte Kreuzung" und "Kooperative Infrastruktur". Mit der Entwicklung und Erprobung von Schutzeinrichtungen an Verkehrsknoten soll im Zusammenspiel mit der lokalen Verkehrsinfrastruktur ein Beitrag zur Verstetigung des Verkehrs und damit zur Emissionsreduktion sowie zur Erhöhung der Sicherheit insbesondere der schwächeren Verkehrsteilnehmer geleistet werden. Weiterhin soll die Entwicklung und Durchsetzung offener Schnittstellen und Standards mit geeigneten Testwerkzeugen und Handlungsleitfäden für die öffentliche Hand unterstützt werden. Es wird beabsichtigt, die entwickelten Schutzeinrichtungen im Testfeld Düsseldorf zu demonstrieren, zu erproben und deren Wirksamkeit zu untersuchen.

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Gesamtziel von DYNAMO ist die Entwicklung und prototypische Umsetzung von dynamischen Informationsdiensten zur Unterstützung des Reisenden vor (pre-trip) und während der Reise (on-trip). Im Fokus stehen insbesondere die Aspekte Indoor-Ortung, Routing und Navigation, intermodale Verknüpfung, dynamische Begleitung, soziale Netzwerke sowie Barrierefreiheit. Für die Tür-zu-Tür-Navigation ist dabei ein Systemansatz notwendig, der sowohl im Innen- wie im Außenbereich eine hinreichend genaue Ortung und Zielführung zulässt und auf heute bereits verfügbaren Kundengeräten aufsetzt. Kern der FuE-Arbeiten ist die Konzeption eines Bluetooth-Sensorsystems zur Verbesserung der Ortungsgenauigkeit im Indoorbereich und in ÖV-Fahrzeugen. Auf Basis einer fußgängergerechten digitalen Karte werden geeignete Algorithmen für die zuverlässige Ortung und Zielführung in Innenräumen und Fahrzeugen entwickelt. Es findet eine nutzerzentrierte Betrachtung auf Grundlage typischer Anwendungsfälle und unter Berücksichtigung des „Design for all“ Konzeptes statt. Von allen Partnern gemeinsam konzipierte und entwickelte Basisdienste werden in den zwei Testfeldern Frankfurt/Main und München zu verbundspezifischen Gesamtdiensten zusammengeführt.

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Ziel des Vorhabens ist es, durch die Analyse technischer Voraussetzungen unter Einbeziehung nutzer-/gerätespezifischer Anforderungen sowie ökonomischer Aspekte die Grundlagen für eine zukünftige Realisierung von haptischem Feedback auf Touchdisplays mit Hilfe von Schallwellen zu schaffen. Dazu erfolgen basierend auf der Bewertung der vielfältigen (nicht-)technischen Anforderungen sowohl theoretische Abschätzungen als auch messtechnische Untersuchungen, die letztlich in einem Systemkonzept zur Realisierung einer Rückmeldung in Form punktueller vibro-taktiler Empfindungen münden werden. Im Ergebnis soll ferner ein Visionenpapier entstehen, das die nächsten wünschenswerten Schritte sowie Entwicklungs- und Anwendungspotenziale des vorgeschlagenen Themengebiets aufzeigt.

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Aufgrund des hohen Eigenenergiebedarfs eignen sich Kläranlangen in hohem Maße als Standorte für dezentrale Energieerzeugung durch Windkraft- und Solaranlagen. Die mit diesen Technologien über die Eigenversorgung hinaus bereitgestellte Überschussenergie kann für die Produktion von Wasserstoff als Energiespeichermedium genutzt werden. Damit können Kläranlagen einen Beitrag als dezentraler Baustein in der zukünftigen Energie-Infrastruktur leisten. Anhand der Kläranlage Bottrop soll dieser Projektansatz mit mehreren Kooperationspartnern untersucht werden. Wichtig sind hierbei unter anderem die energetische Verwertung von Klärschlämmen, die Implementierung einer oder mehrerer Windkraftanlagen oder eine solarunterstützte Klärschlammtrocknungsanlage. Von zentraler Bedeutung wird das im Rahmen des Projekts zu entwickelnde Steuerungs- und Automatisierungskonzept sein, welches die genannten Systeme in ein gemeinsames Regelkonzept einbettet und einen effizienten Betrieb der Komponenten ermöglicht. Im Auftrag der Emschergenossenschaft wird am ifak eine projektspezifische Modellierungs- und Simulationsumgebung auf Basis von SIMBA# entwickelt. Darüber hinaus ist das ifak an der Entwicklung des Automatisierungskonzeptes beteiligt.

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Im Projekt CACTUS sollen Modelle und Methoden zur Evaluierung und optimalen Anwendung von Batterielade- und Batteriewechseltechnologien für Elektrobusse in Abhängigkeit von einem gegebenen Fahrplan sowie weiteren sekundären Eingangsparametern entwickelt werden. Sollen zukünftig Busse im Öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) vollelektrisch betrieben werden, müssen praktikable Lösungen für das Lademanagement gefunden werden. Wenn die gesamte mittlere Tagesstrecke eines Busses von bis zu 300 km ohne Ladevorgänge abgedeckt werden soll, würden Batterien mit derzeit aktueller Technologie mehrere Tonnen wiegen und wären damit nicht mehr wirtschaftlich einsetzbar. Die hohen Kostenbei der Umstellung auf vollelektrische Antriebe werden vornehmlich durch die erforderliche Investition in Fahrzeugtechnik und/oder Ladeinfrastrukturen verursacht. Um diese Kosten besser abschätzen und beispielsweise durch die optimale Platzierung von Infrastruktur und durch entsprechende Fahrstrategien minimieren zu können, werden im Projekt verschiedene Modelle und Methoden zur Optimierung von Fahrstrategien und Ladevorgängen erforscht, entwickelt und bewertet.

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Im Rahmen eines Teilprojektes des durch das BMWi im nationalen Luftfahrtforschungsprogramm geförderten Projektes „INDIKAR – Interdisziplinäre Kabinenarchitekturen“ werden Möglichkeiten und Lösungen für den Einsatz der Technologie der kontaktlosen Energie- und Datenüber­tra­gung im Kabinenbereich von Passagierflugzeugen erforscht. Mit Hilfe dieser Technologie kön­nen Kabinenelemente entwickelt werden, die eine schnelle, kostengünstige Montage und gerin­gere Umrüstzeiten bei Kabinenlayoutänderungen ermöglichen und somit die Transportleistung der Flugzeuge erhöhen können. Wesentliche Zielstellung des Projektes sind die Erarbeitung neuer Lösungen für die anwendungsorientierte Informationsübertragung, die Optimierung des Gesamtsystems hinsichtlich der Stör- und Datensicherheit sowie die experimentelle Verifikation der Forschungsergebnisse an einem Demonstrator.

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Die Zielstellung des Projektes ist die Leistungsbewertung von Übertragungseigenschaften typischer Netzzugangstechnologien für die zuverlässige M2M-Kommunikation. Dieses Ziel soll durch die Erarbeitung der folgenden Teilziele erreicht werden:

• Schaffung eines  fundierten Überblicks über die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Netzzugangstechnologien in Form eines Leitfadens
• Erweiterungen vorhandener standardisierter Fernwirkprotokolle für eine bessere Adaptivität in Bezug auf die eingesetzten Netztechnologien
• Ermittlung des Einflusses und der Potentiale einer Migration auf IPv6
• Entwurf und Implementierung eines öffentlich zugänglichen M2M Traffic Archivs für Forschungszwecke, mit dem Veränderungen der Metriken, z.B. durch neue Systemtechniken, höhere Teilnehmerzahlen etc., erfasst werden können
• Entwurf einer Testmethodik und einer reproduzierbaren Messumgebung für Mobilfunk-Netzzugangstechnologien für die entwicklungsbegleitende Qualitätssicherung

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Kernpunkt des vom BMBF im Rahmen der Bekanntmachung Mobil bis ins hohe Alter nahtlose Mobilitätsketten zur Beseitigung, Umgehung und Überwindung von Barrieren geförderten Projekts WikiNavi ist die Entwicklung einer Navigationslösung für urbane Gebiete. Als Zielgruppe sollen Fußgänger angesprochen werden, die in ihrer Mobilität eingeschränkt sind so zum Beispiel Menschen mit Behinderungen, ältere Bürger aber auch Eltern mit Kinderwagen. Die Herausforderungen liegen vor allem in der Berücksichtigung komplexer Mobilitätsketten, der einfachen Nutzbarkeit der IT-Lösung, der Optimierung der geplanten Reiseroute sowie der Einflussnahme der Nutzer auf die Datenbasis des Systems. Im Fokus der Projektaktivitäten des ifak liegen die Konzeptionierung des Datenflussmodells, seine prototypische Realisierung in einem Demonstrator und Standardisierungsmaßnahmen.Im ifak sind die beiden Bereiche IT & Automation und Verkehrstelematik maßgeblich an den Projektarbeiten beteiligt.

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Für die Kommunikation in der industriellen Automatisierung kommen immer mehr spezielle ethernetbasierte Technologien zum Einsatz. Ziel der hier vorgestellten Projektskizze ist die Entwicklung und prototypische Umsetzung einer Methode zur Unterstützung des Tests, der Diagnose und des Monitorings von ethernetbasierten Automatisierungssystemen. Damit soll der Nutzer bei der schnellen und sicheren Identifizierung von Fehlern im Netzwerk und an Geräten hilfreich unterstützt werden.

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Die Voraussetzung für ein wirksames Verkehrs- und Mobilitätsmanagement ist sowohl die umfassende Bereitstellung von qualitativ hochwertigen Verkehrsinformations- und Servicediensten für Verkehrsteilnehmer als auch die einfache Verfügbarkeit von verteilt vorliegenden Informationen bei den potenziellen Dienstanbietern. Der Mobilitäts Daten Marktplatz (MDM) des Bundes soll die Zugänglichkeit und Verfügbarkeit von notwendigen aktuellen Verkehrsdaten und Verkehrsinformationen verbessern. Das Projekt eVeSA hat die Einbindung von vielfältigen, hochwertigen Verkehrsdaten aus Sachsen-Anhalt in den MDM und damit die Erweiterung der verfügbaren Basis an Online-Verkehrsdaten zum Ziel. Durch die Bereitstellung von umfangreichen Verkehrsdaten aus Sachsen-Anhalt werden bisher ungenutzte Potenziale von bei den verschiedenen Akteuren erhobenen Online-Verkehrsdaten erschlossen und die Verfügbarkeit der Online-Verkehrsdaten im MDM insgesamt verbessert. Dieses Einbringen von Detektordaten, Baustellendaten und Daten der landesweiten intermodalen Verkehrslage in den MDM ermöglicht zukünftig auch die stärkere Berücksichtigung intermodaler Verflechtungen im Verkehr.

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Zielstellung des Vorhabens ist es, grundlegende Methoden, Verfahren und Algorithmen eines kompakten und mobilen Sensorsystems für den Einsatz in flüssigen (Mehrphasen-)Systemen zu entwickeln, mit dem die Medienverteilung in einem Bilanzraum orts- und zeitaufgelöst erfasst und somit Prozesswissen echtzeitnah erlangt werden kann.
Im Rahmen des Projektes stehen dabei zwei fundamentale Forschungs- und Entwicklungsaspekte im Vordergrund: einerseits die prozessoptimierte Analyse- und Zustandssensorik, die die Nutzbarmachung und Integration verschiedener robuster und prozesstauglicher Messverfahren in einem - direkt in das Prozessmedium einzubringenden - Multisensormodul beinhaltet. Andererseits soll durch die Entwicklung und Realisierung von Konzepten für die kontaktlose Übertragung sowohl von Energie als auch Messdaten der echtzeitnahe, unterbrechungsfreie Betrieb - auch unter prozessnahen Umgebungsbedingungen - realisiert werden

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Funkkommunikation wird auf Grund der Vorteile in Hinblick auf Mobilität, Flexibilität und als Kabelersatz bereits heute in verschiedenen Anwendungen der industriellen Automation eingesetzt. Ausgereifte zuverlässige Funklösungen verschiedener Hersteller sind verfügbar, die neue Möglichkeiten z. B. für die Überwachung von Anlagenkomponenten, die M2M-Kommunikation, den Prozessdatenaustausch und in der Logistik eröffnen. In den kommenden Jahren wird mit einem steigenden Bedarf gerechnet. Die Funklösungen müssen hohe Anforderungen an das Zeit- und Fehlerverhalten der Automatisierungsindustrie erfüllen. Allerdings ist das nur möglich, wenn diese Anforderungen auch in Zukunft in den nationalen und internationalen Regulierungen und Standards berücksichtigt werden. Die Task Force „Wireless Regulierung für die industrielle Automation“ wurde mit dem Ziel gebildet, Lösungen für bestehende und zukünftige industrielle Funksysteme zu erarbeiten, in den relevanten Standardisierungs- und Regulierungsgremien einzubringen und damit die bisher getätigten Investitionen langfristig zu sichern. Um dieses Ziel zu erreichen, werden zwei Aktivitäten parallel verfolgt:
1. Einbringen der Anforderungen der Automatisierungsindustrie in die EN 300 328 (effiziente Nutzung des Funkspektrums)
2. Allokation eines zusätzlichen Frequenzbereiches außerhalb des 2,4 GHz Bandes
Das ifak e.V. Magdeburg hat vom ZVEI den Auftrag erhalten beide Aktivitäten zu unterstützen. In einem ersten Arbeitsbereich werden zunächst die fachlichen Grundlagen zur Spezifikation von Medienzugangsmechanismen, die die Anforderungen bzgl. der spektralen Effizienz und der industriellen Funkkommunikation erfüllen, erarbeitet. Das ifak analysiert des Weiteren Lösungsansätze aus dem Umfeld von Software Defined Radio und Cognitive Radio auf Verwendbarkeit für industrielle Funksysteme und unterstützt die simulationsgestützte Bewertung existierender Medienzugriffsmechanismen. In einem zweiten Arbeitsbereich wird eine Kompatibilitätsstudie erstellt, mit der geklärt werden soll, ob industrielle Funkanwendungen im Frequenzband von 5,725 GHz bis 5,875 GHz mit industrietauglichen Betriebsparametern betrieben werden können. Zudem ist die Betrachtung der Kompatibilität zwischen industriellen Funkanwendungen und den vorhanden Funkdiensten im betrachteten Frequenzband Bestandteil der Studie.

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Heutzutage haben Ethernet-basierte Kommunikationssysteme eine bedeutende Rolle bei der Vernetzung von Komponenten industrieller Automatisierungstechnik eingenommen. Das Internet Protokoll (IP) gilt dabei als fester Bestandteil. Allerdings nutzen etablierte Feldbustechnologien das IP-Protokoll noch in der Version 4 (IPv4). Da täglich die Zahl der Internetnutzer und letztlich der Internet-fähigen Geräte steigt, ist IPv4 zukünftig nicht mehr ausreichend. Speziell aus funktioneller Sicht ist IPv4 den heutigen Anforderungen moderner Kommunikationsnetze nicht mehr gewachsen. Mit dem „Internet Protokoll Version 6“ (IPv6) existiert ein sehr leistungsfähiges Protokoll, das neben einem erweiterten Adressraum auch eine verbesserte Protokollstruktur und neue wichtige Protokollfunktionen aufweist. IPv6 hat damit das Potenzial, dass sich aufgrund seiner innovativen Weiterentwicklung neue Geschäftsmodelle entwickeln lassen (Internet der Dinge, Cyber Physical Systems, Cloud-Computing etc.). Es wirkt somit als Innovationstreiber. Bei Komponenten, in denen IPv6 bereits intergiert und damit nutzbar ist, ergeben sich allerdings schon jetzt neue Herausforderungen, wenn beispielsweise IPv6-basierte Leittechnik auf die IPv4-basierte Feldebene trifft. Mittel- und langfristig wird also ein Übergang von IPv4 zu IPv6 stattfinden! Dieser Prozess hat natürlich auch Auswirkungen auf die industrielle Automatisierungstechnik und wirft offene Fragen auf, die im Rahmen einer Potenzialanalyse beantworten werden soll, die aktuell am ifak durchgeführt wird.

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Folgende Anforderungen gilt es heute bei der Fahrzeugentwicklung zu berücksichtigen:

• energieeffizientere Motoren mit Ziel, dass Fahrzeuge aus Umweltanforderungen immer sauberer werden
• hohe Sicherheit der Fahrzeuge aufgrund der stetigen Zunahme des Individualverkehrs
• steigende Forderungen nach Komfortfunktionen (u.a. Fahrerassistenzsysteme, dadurch stärkere Vernetzung mit der Außenwelt über drahtlose Kommunikationstechnologien)

• Offene, durchgängige und erweiterbare Entwicklungswerkzeug-Plattform (durch HW-SW Co-design, Visualisierung und grafische Editoren)
• Multi-core Unterstützung (methodisch, Anforderungen an die Plattform, Entwicklungswerkzeuge (Editor, Konfiguration, Generatoren, Debugger, Simulation, Verifikation, Optimierung))
• AUTOSAR DSL (Anforderungen an die Plattform, Sprachdefinition (Daten-Beschreibung, Erweiterung der AUTOSAR DSL), Modell Bildung (Notation), Entwicklungswerkzeuge (Editor, Übersetzer von und zu AUTOSAR))
• Produktlinienunterstützung (Methode, Anforderungen an die Plattform, Entwicklungswerkzeuge (Editor, Konfiguration, Verifikation))

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Schlaganfall ist in Deutschland die dritthäufigste Todesursache und maßgeblich für bleibende Behinderung und Pflegebedürftigkeit verantwortlich. Die demografische Entwicklung lässt eine Zunahme der Schlaganfallinzidenz erwarten. Bei 81 % der Schlaganfälle würde eine sofortige medizinische Intervention Behandlungserfolg versprechen. Da für die Therapie aber nur ein Zeitfenster von rund drei Stunden zur Verfügung steht, werden heute nur 2 % aller Schlaganfall-Patienten erreicht. Eine Beschleunigung der Notfallversorgung könnte diese Rate deutlich erhöhen.   Hier setzt das Vorhaben ASTER - Akut-Schlaganfall-Versorgung - Telematikplattform für den Rettungstransportwagen an. Ein gleichnamiges Innovationsforum war Ausgangspunkt für die 2012 gestartete Wachstumskern-Potenzial-Initiative. Entwickelt werden soll ein mobiler Ambulanz-Assistent, der das das Rettungspersonal dabei unterstützt, den medizinischen Vorfall zuverlässig zu beurteilen und über das günstigste Vorgehen zu entscheiden.

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Beim Projekt SIVIKO-SCADA (Förderung durch das BMBF unter dem  FKZ: 01IS11024B) handelt es sich um ein nationales Forschungsprojekt, dessen Schwerpunkt die Entwicklung eines neuartigen Konzeptes ist, um die Konfiguration, Inbetriebnahme und Integration für den Betrieb eines Systems zur Überwachung und Steuerung von technischen Anlagen (SCADA) auf Basis standardisierter, innovativer Internettechnologien zu ermöglichen. Ziel ist es, SCADA-Systeme sicherer, einfacher und kostengünstiger zu gestalten. Kernthemen sind dabei ein durchgängiges und transparentes Sicherheitskonzept, die Virtualisierung einzelner SCADA-Dienste sowie die Etablierung eines universelles und IT-gestützten Plug & Play Konzeptes für die Inbetriebnahme von Unterstationen.

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Ziel des Forschungsvorhabens "Validierung kooperativer Systeme - Valopsys" ist die Entwicklung eines tragfähigen und praxisnahen Frameworks für den Test verteilter, kooperativer Systeme. Dabei sollen alle Aspekte eines Validierungsprozesses berücksichtigt werden. Durch die enge Anlehnung an bestehende Standards soll so auch die Übertragbarkeit des Frameworks auf verschiedene Anwendungsfelder realisiert werden können. Anhand praxisrelevanter Beispiele und Anwendungsfälle sollen die Projektergebnisse hinsichtlich ihrer Richtigkeit und Anwendbarkeit evaluiert und entsprechend veröffentlicht werden.

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In diesem internationalen Projekt sollen - unter Leitung des ifak - Konzepte zur Wasser- und Abwasserbewirtschaftung der 8-Millionen-Stadt Lima in Peru, die ein Bespiel für eine Megastadt von morgen darstellt, geplant, entwickelt und - vorbehaltlich einer Anschlussphase - auch umgesetzt werden. In enger Kooperation mit namhaften Instituten der Siedlungswasserwirt­schaft, der Sozial- und der Wirtschaftswissenschaften verschiedener deutscher Universitäten und mit Industriefirmen sowie namhaften peruanischen Partnern aus Forschung, Wasserver­sorgungsunternehmen und Nichtregierungsorganisationen werden Analysen des Ist-Zustandes durchgeführt und Konzepte zu innovativen Technologien des Wassermanagements, die neben technologischen auch sozialwissenschaftliche und wirtschaftliche Aspekte mit einbeziehen, aufgestellt und prototypisch umgesetzt. Der Beitrag des ifak besteht unter anderem in der Entwicklung und Bereitstellung von Modellierungs- und Simulationstechniken für die Stadt als Ganzes.

Dieses Projekt ist eines von 16 Vorhaben, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Programm Forschung für die nachhaltige Entwicklung der Megastädte von morgen ausgewählt wurde. In einer zweijährigen Vorbereitungsphase wird ein detailliertes Arbeitsprogramm entworfen, das mit beispielhaften Anlagen zur innovativen Abwasserreinigung verifiziert wird. In der anschließenden Umsetzungsphase von neun Jahren sollen diese Konzepte vor Ort umgesetzt werden.

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Dieses peruanisch-deutsche Kooperationsprojekt ist eines von zehn Projekten des BMBF-Programms Forschung für die nachhaltige Entwicklung der Megastädte von morgen Energie- und klimaeffiziente Strukturen in urbanen Wachstumszentren . Als einziges Projekt mit beson­derem Fokus auf Wasser- und Abwasssersysteme und der entsprechenden Energieaspekte werden in LiWa unter Leitung des ifak Hilfsmittel und Methoden für eine nachhaltige Wasser- und Abwasserbewirtschaftung der 8-Millionen-Stadt Lima in Peru, die ein Beispiel für eine Megastadt von morgen darstellt, entwickelt. Schwerpunkte dieses interdisziplinären Projektes sind die Makromodellierung des gesamten Wasser- und Abwassersystems der Mega­stadt (Beitrag des ifak), die Einzugsgebietsmodellierung unter Berücksichtung von Szenarien des Klimawandels, die Entwicklung und Umsetzung von Verfahren der Partizipation der Stake­holder und Governance sowie die Entwicklung von Modulen für Masterstudiengänge.

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Das Projekt AESOP - ArchitecturE for Service-Oriented Process - Monitoring and Control - ist ein durch die Europäische Kommission innerhalb des 7. Rahmenprogramms gefördertes "Integriertes Projekt" mit Partners aus Deutschland, Frankreich, England, Italien, Schweden, Finnland und der Tschechischen Republik. Ziel des Projektes ist es, den Einsatz von Service-orientierten Architekturen für die Überwachung und Steuerung komplexer, verteilter Automatisierungssysteme in der Prozessindustrie zu untersuchen. Der Schwerpunkt der durch ifak geleisteten Arbeiten liegt im Bereich der Integration klassischer Automatisierungssysteme und Komponenten in Service-orientierte Architekturen.

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Das Projekt AESOP ArchitecturE for Service-Oriented Process Monitoring and Control ist ein durch die Europäische Kommission innerhalb des 7. Rahmenprogramms gefördertes Inte­griertes Projekt mit Partnern aus Deutschland, Frankreich, England, Italien, Schweden, Finn­land und der Tschechischen Republik. Ziel des Projektes ist es, den Einsatz von Service-orientierten Architekturen für die Überwachung und Steuerung komplexer, verteilter Automati­sierungssysteme in der Prozessindustrie zu untersuchen. Der Schwerpunkt der durch ifak ge­leisteten Arbeiten liegt im Bereich der Integration klassischer Automatisierungssysteme und Komponenten in Service-orientierte Architekturen.

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Das Ziel des Projektes ist die methodische Aufbereitung aller Daten und Prozesse, die erforderlich sind, um Funklösungen im Lebenszyklus der Automation als integralen Bestandteil berücksichtigen zu können. Forschungsgegenstand in diesem Vorhaben sind die Eigenschaften industrieller Funklösungen und deren Integration in den Geräte- und Anlagenlebenszyklus.Die im Rahmen der vorwettbewerblichen Forschung entstehenden Ergebnisse sichern:

• gleiche Sichtweisen auf verschiedene Funktechnologien in der Automation,
• gleiche Handhabung in unterschiedlichen Anwendungsbereichen (Prozess-/ Fertigungsautomation)

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Inline-Messtechnik für die Prozessverfolgung an dispersen Stoffsystemen ist vor allem für hohe Feststoffgehalte kaum verfügbar - optische Systeme versagen oftmals, in Ultraschall-Transmissions-Anordnungen setzen sich die kleinen Messspalte häufig zu. Das Projekt "Ultraschallstreuverfahren" greift diese Problematik auf und stellt sich die Analyse des an der Dispersion rückgestreuten (anstatt des transmittierten) Ultraschallsignals zum Ziel. Mit Hilfe des methodischen Ansatzes der Ultraschall-Rückstreuung will das Vorhaben die Entwicklung prozessfähiger, kostengünstiger Partikelmesstechnik vorantreiben und einen wichtigen Beitrag für die Inline-Prozessüberwachung vor allem in Anwendungsbereichen, die auf aufwändiger Offlineanalytik basieren, liefern. Insbesondere in kmU kann die so erzielbare Zeit- und Kostenersparnis zu Wettbewerbsvorteilen, Umsatzsteigerungen und damit einer Stärkung der Marktposition führen.

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Im Rahmen dieses Projektes sollen Methoden und Basistechnologien erforscht werden, die eine einheitliche Bewertung der Qualität der Kommunikation von standardisierten industriellen Funknetzwerken ermöglichen. Auf deren Basis kann ein Diagnosesystem (DS) entwickelt werden, das Dienstleister und Anlagenbetreiber bei der Inbetriebnahme, Überwachung und Diagnose der Funknetzwerke unterstützt. Die aus Funknetzwerk und -komponenten erfassten Messwerte und Parameter werden durch das DS so aufbereitet und visualisiert, dass Servicepersonal ohne spezielles Funk-Know-how die Qualität der Funkkommunikation beurteilen, sich anbahnende Qualitätsverschlechterungen zeitnah erkennen sowie Fehlerursachen schnell und zielgerichtet diagnostizieren und beheben kann.

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Im Rahmen dieses Projektes sollen Methoden und Basistechnologien erforscht werden, die eine einheitliche Bewertung der Qualität der Kommunikation von standardisierten industriellen Funknetzwerken ermöglichen. Auf deren Basis kann ein Diagnosesystem (DS) entwickelt werden, das Dienstleister und Anlagenbetreiber bei der Inbetriebnahme, Überwachung und Diagnose der Funknetzwerke unterstützt. Die aus dem Funknetzwerk und -komponenten erfassten Messwerte und Parameter werden durch das DS so aufbereitet und visualisiert, dass Servicepersonal ohne spezielles Funk-Know-how die Qualität der Funkkommunikation beurteilen, anbahnende Qualitätsverschlechterungen zeitnah erkennen sowie Fehlerursachen schnell und zielgerichtet diagnostizieren und beheben kann. Das DS hilft Anlagenbetreibern und Servicepersonal die Verfügbarkeit ihrer Industrieanlagen, bei Ausnutzung der Vorteile von zuverlässiger Funkkommunikation, zu sichern und somit Kosten einzusparen.Das Projekt beinhaltet eine Anforderungs- und Kenngrößenanalyse auf deren Basis eine Systemarchitektur entwickelt wird. Bevor die Validierungsplattform realisiert werden kann, sind Methodiken zur Messwerterfassung sowie zur Datenanalyse und Statusvisualisierung zu erarbeiten. Am Ende des Projektes ist eine Validierung der Projektergebnisse in im realen Industrieumfeld geplant.Die Projektergebnisse sollen in ein Produkt überführt werden, das von den beteiligten KMU selbst produziert, eingesetzt und vertrieben wird.

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Gegenstand des Kooperationsprojektes AQUADIC ist die Etablierung eines GCP-konformen Workflows (GCP=Good Clinical Practice) für das Bilddatenmanagement in der medizinischen Forschung. Dazu werden aufeinander abgestimmte DICOM-Proxy-Server und ein Präsentations- und Befundungsmodul spezifiziert und entwickelt, welche im Rahmen medizinischer Studien die automatisierte Überprüfung, Korrektur und Validierung von Metainformationen medizinischer Bilddatensätze (DICOM-Header) übernehmen. Der Anteil der manuellen Prüfungen von Bild­daten wird dadurch minimiert. Weiterhin wird in diesem Projekt die Speicherung und kontrol­lierte Bereitstellung der medizinischen Bilddatensätze für eine GCP-konform verblindete Aus­wertung verbessert. Diese Funktionalität ist bisher nicht verfügbar und soll den hohen regulato­rischen Anforderungen im Bereich der internationalen klinisch-orientierten Pharmaforschung gerecht werden.

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Gegenstand des Kooperationsprojektes AQUADIC ist die Etablierung eines GCP (Good Clinical Practice)-konformen Workflows für das Bilddaten­management in der medizinischen Forschung. Dazu werden ein aufeinander abgestimmter DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine )-Proxy-Server und ein Präsentations- und Befundungsmodul spezifiziert und entwickelt, welche im Rahmen medizinischer Studien die automatisierte Überprüfung, Korrektur und Validierung von Metainformationen medizinischer Bilddatensätze (DICOM-Header) übernehmen. Außerdem wird die anschließende Befundung im Rahmen eines Blinded Read (Blinded Read ? verblindet GCP-konforme Befundung von Bilddaten im Rahmen medizinischer Studien) ermöglicht. Es wird der Anteil der manuellen Prüfung von Bilddaten minimieret und alle Korrekturen in einer GCP-konformen Weise elektronisch dokumentiert.Weiterhin wird die Speicherung und kontrollierte Bereitstellung der medizinischen Bilddatensätze für eine GCP konform verblindete Auswertung verbessert und die Ergebnisse der Auswertung in einer validierten Datenbank erfasst. Diese Funktionalität ist bisher nicht verfügbar und soll den hohen regulatorischen Anforderungen im Bereich der internationalen klinisch-orientierten Pharmaforschung gerecht werden.

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Die Nutzung des Ultraschalls zur Bestimmung von Durchflussraten, Füllständen oder Stoff­konzentrationen in Rohrsystemen stellt eine etablierte Messmethode dar. Insbesondere durch Nutzung von Clamp-On-Konfigurationen kann das Anwendungsfeld auch auf Bereiche, die eine nicht-invasive, rückwirkungsfreie Prozessbeobachtung fordern, erweitert werden. Allerdings bedingt diese Technik oft die Nutzung anspruchsvoller Signalanalytik, um den Einfluss uner­wünsch­ter Störsignale, die beispielsweise durch die gleichzeitige Schallausbreitung in der Rohr­wand auftreten und sich dem Nutzsignal am Empfänger überlagern, zu reduzieren. Mit dem Projekt soll eine Methode entwickelt werden, die es erlaubt, die zeitlich und örtlich gekoppelten Effekte von Störschall-Ausbreitung im Rohr und die Nutz-Schallausbreitung in einer Flüssigkeit abzubilden. Dadurch kann Wissen über die Ausbreitungseigenschaften der Ultraschallsignale in einer konkreten Applikation bereits im Vorfeld der Anwendung erlangt und die Zuverlässigkeit des Messsystems verbessert werden.

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Ziel des Vorhabens MOSAIK ist die Bereitstellung einer Methode für die eingebettete Soft­wareentwicklung mit vordefinierten, konfektionierbaren Prozessschritten und Dokumentations­bausteinen. Hierbei sollen besonders die Anforderungen und Rahmenbedingungen von KMU berücksichtigt und ihnen durch eine erhebliche Senkung des Aufwandes und Risikos auch die Entwicklung IT-sicherer und zuverlässiger Geräte ermöglicht werden. Neben den Arbeiten zur ganzheitlichen Methodik und deren werkzeuggestützter Umsetzung (Framework einer Tool­kette) soll das Vorhaben Beiträge zur Berücksichtigung der IT-Security im Entwurfsprozess, zur Formalisierung der Anforderungsspezifikation, zu Designpattern und -kriterien sowie zur Automatisierung der Verifikation und Validierung liefern. Dabei erfolgt eine Prüfung bereits etablierter Werkzeuge auf deren Nutzbarkeit.

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Um die Energieproduktion von Biogasanlagen zu maximieren, sollte es das Ziel sein, die Anlagen auf einem hohen Auslastungsgrad von 90% und darüber zu betreiben (z.Z. eher 70%). Analysen der bestehenden Anlagen belegen, dass der Einsatz von MSR-Technik auf Biogasanlagen die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Biogasanlagen steigert. Im beantragten Vorhaben wird ein prädiktiver Regler für Biogasanlagen entwickelt, der zum einen auf der Erfassung des Prozesszustandes über neuartige miniaturisierte NIRS-Sensoren basiert und zum anderen ein innovatives Konzept zur Verfolgung der eingebrachten Substrate und des Gärzustandes einzelner Biomasse ?Pakete? realisiert. Zur Erreichung der Vorhabensziele werden über detaillierte Strömungssimulationen die Fließzustände in typischen Biogasanlagen analysiert und daraus vereinfachte Transportmodelle und Konzepte zur gezielten Beeinflussung des Transportes entwickelt. Die biologischen Abbauprozesse werden durch ein spezialisiertes und detailliertes Abbaumodell beschrieben, das für die Online-Anwendung in ein drastisch vereinfachtes Modell überführt wird. Zur messtechnischen Erfassung des Anlagenzustandes wird an der Anpassung des miniaturisierten NIRS-Sensors an die Besonderheiten von Biogasanlagen gearbeitet. Es werden entsprechende Zusammenhänge zwischen NIR-Spektren und den relevanten Prozesszuständen ermittelt.. Aus den Komponenten wird ein prädiktiver Regler entwickelt, der großtechnisch erprobt wird.

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Notwendige Halte an Lichtsignalanlagen und die damit verbundenen Brems- und Beschleuni­gungsvorgänge beeinflussen wesentlich die Emissionen des städtischen Kraftfahrzeugverkehrs. Ziel des Projekts KOLINE ist eine kooperative Optimierung von Lichtsignalsteuerung und Fahrverläufen von Fahrzeugen, um Verbesserungen hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Emissions­verhalten und Komfort besonders in städtischen Netzen zu erreichen. Zu diesem Zweck wird vom ifak und seinen Projektpartnern eine Kommunikation zwischen Infrastruktur und Fahrzeu­gen entwickelt, um relevante Verkehrsdaten wie Signalzeiten und Fahrzeuggeschwindigkeiten drahtlos übermitteln und verarbeiten zu können. Im Rahmen von Felduntersuchungen und Simulationsstudien sollen die entwickelten Verfahren hinsichtlich Akzeptanz, Verkehrsablauf, Verkehrssicherheit und Fahrkomfort analysiert werden.

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Für den Betrieb von Kläranlagen wird in erheblichem Maße Energie verbraucht. Darum kommt Maßnahmen, die diesen Energieverbrauch reduzieren helfen, besondere Bedeutung zu. Das Projekt ADESBA+ erweitert einen in früheren Projekten entwickelten vorkonfektionierte Steuerungsalgorithmus zur Abflusssteuerung in beliebigen Kanalnetzen um Komponenten, die nicht nur die Berücksichtigung von Wasservolumina und Überlaufwassermengen erlauben, sondern auch Schmutzfrachten mit integriert, um einen guten integrierten Betrieb des Systems Kanalnetz-Kläranlage zu gewährleisten. Durch eine Schmutzfrachtvergleichmäßigung  kann dann eine Minimierung des Energiebedarfs für Belüftung und Pumpen­betrieb bei gleichzeitiger Sicherstellung der Prozessstabilität erreicht werden. Das Projekt entwickelt hierzu die Grundlagen sowie Module auch für Pumpwerke und Vergleichmäßigungsregler für Speicherbauwerke, die in praxisgerechte, universell anwendbare Steuerungsblöcke überführt werden.

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Ziel des Forschungs- und Standardisierungsprojektes FOSA ist aus Sicht der Softwaretechnik die evolutionäre Entwicklung existierender Standards und darauf aufbauender Automatisierungs­systeme. Das verteilte Automatisierungssystem bietet hierbei eine verteilte Funktionsverarbei­tung und nutzt die dezentrale E/A-Ebene. Wesentliche Herausforderungen in diesem Projekt sind, Lösungen zu finden, welche die Mechanismen zur Funktionsverteilung und die Einbindung der Feldgeräte in die Programmierung praktikabel machen. Die Aufbereitung und Beschreibung der notwendigen Softwaretechnik soll in projektbegleitenden prototypischen Entwicklungen erfolgen, um die Machbarkeit der vorgeschlagenen Normerweiterungen zu demonstrieren.

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Die Zielstellung des Vorhabens VuTAT liegt in der Erarbeitung eines Frameworks zur Erfassung und Analyse möglicher IT-Security-Schwachstellen industrieller AT-Komponenten, deren Ur­sache in der Nutzung Ethernet-basierter Protokolle liegt. Weiterhin umfasst das Vorhaben die Entwicklung einer Testumgebung (Testbett), welche dieses Framework weitestgehend umsetzt und damit eine automatisierte Schwachstellenanalyse ermöglicht. Die Methodik soll am Ende Hersteller als auch Betreiber von Automatisierungslösungen bei der Entwicklung bzw. beim Betreiben dieser Lösungen unterstützen. Die ersten Arbeitspakete beschäftigen sich mit der Analyse von Standard- und automatisierungsspezifischen Protokollen und Diensten hinsichtlich IT Security-Schwachstellen.

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flexWARE ist ein durch die Europäische Union gefördertes Forschungsvorhaben. Ziel ist die Nutzbarmachung drahtloser Übertragungstechnologien für anspruchsvolle Anwendungen der Fabrikautomatisierung. Dieses Anwendungsfeld steht im Vordergrund, da hier hohe Anforde­rungen an die Echtzeitfähigkeit, Robustheit und die Zuverlässigkeit drahtloser Übertragungs­systeme bestehen. Die Berücksichtigung der IT-Sicherheit spielt gerade bei solchen offenen Übertragungstechnologien eine fundamentale Rolle. Verstärkt wird diese Tatsache, wenn draht­lose Übertragungstechnologien in sicherheitskritischen Anwendungen (Safety, funktionale Sicherheit) eingesetzt werden sollen. Aktuelle Arbeiten befassen sich mit der Spezifikation einer IT-sicheren Systementwicklung. Dies schließt Aspekte des Software-Engineerings ein (u. a. Methoden und Techniken des Designs, Integration und Betrieb).

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Ziel dieses Vorhabens ist die Erarbeitung von Standardtests, die eine einheitliche Bewertung industrieller Funklösungen mit Bezug auf verschiedene Klassen automatisierungstechnischer Anwendungen möglich machen. Damit soll Herstellern ein Instrumentarium an die Hand ge­geben werden, um frühzeitig ihre Funklösungen gezielt auf eine Anwendungsklasse und unter Berücksichtigung der tatsächlich dort vorherrschenden industriellen Einsatzbedingungen opti­mieren zu können. Planern und Anwendern soll die Möglichkeit gegeben werden, die Zuverläs­sigkeit der Funkkommunikation und damit die Anlagenverfügbarkeit besser einschätzen zu kön­nen. Insbesondere das derzeit noch bestehende Risiko bei der Koexistenzplanung kann durch die Bereitstellung einheitlicher, anwendungsbezogener Kenngrößenwerte minimiert werden und damit eine heute noch nicht erreichbare Effizienz bei der Nutzung des Frequenzspektrums erreicht werden.

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Mit diesem Vorhaben wird das Ziel verfolgt, den Anwendungsbereich von Funktechnologien zu erweitern. Als Ergebnis soll ein neues Verfahren zum Reglerentwurf unter Berücksichtigung des Zeit- und Fehlerverhaltens industrieller Funklösungen in der Regelstrecke vorliegen. Das erfor­dert einerseits die Untersuchung, Klassifizierung und mathematische Beschreibung des Zeit- und Fehlerverhaltens von Funklösungen und andererseits die Entwicklung eines Verfahrens, das variable Übertragungszeiten und Paketverluste berücksichtigt und die Entwicklung fehler­toleranter Regelungen ermöglicht.

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Das Field Device Tool (FDT)-Konzept erlaubt die Integration von Gerätekomponenten über Device Type Manager (DTM). Im Forschungsschwerpunkt Angewandte Informationstechno­logien werden Geräteintegrationen auf Basis eines Geräte-DTMs durchgeführt, die vorrangig auf der Grundlage von .NET (C#) entwickelt werden.Neben der Geräteintegration werden die verschiedenen Kommunikationsprotokolle ebenfalls über DTM im System integriert. Die Besonderheiten bei den durchgeführten Arbeiten bei diesen DTM liegen in der zumeist prototypischen Umsetzung der Busspezifika im Rahmen der Nor­mierungs- und Spezifikationsarbeiten. In einem zweiten Schritt werden dann produkttaugliche Implementierungen erstellt.

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Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, die immer noch existierende semantische Lücke beim vertikalen Informationsaustausch zwischen Leit- und Steuerungsebene zu schließen. Es wird der Ansatz verfolgt, zunächst ein abstraktes Informationsmodell zu beschreiben, das wichtige Strukturen, Zustände und Zusammenhänge aus Sicht des Steuerungssystems abbildet. Vor allem das Engineering einer Produktionsanlage wird betrachtet, da hier ein hohes Gefahren­potenzial entstehen kann, wenn letzte Änderungen bei der Inbetriebnahme nicht konsistent mit anderen Informationen gehalten werden. Im Projekt INVASIF wird den Daten neben einem symbolischen Namen vor allem auch noch eine Bedeutung zugeordnet, die formal korrekt und damit von verschiedenen Werkzeugen eindeutig handhabbar ist.

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Für die Zertifizierung von EDD-verarbeitenden Komponenten wurde eine Testsuite entwickelt. Dabei wird großer Wert auf eine möglichst durchgängige automatische Abarbeitung der Tests gelegt. Der Umfang aller implementierten Testfälle betrifft das Datenmanagement, die Algorithmenbeschreibung und das On-/ Offline-Verhalten. Neben den EDD-Testskripten wurde auch die Integration in das Testwerkzeug vorgenommen.

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Bei der Dimensionierung kontaktloser Übertragungssysteme sind vielfältige Parameter zu be­rücksichtigen. Die Auslegung derartiger Systeme erfolgt derzeit in vielen einzelnen, sehr aufwän­digen Berechnungsschritten. Zielstellung des Vorhabens ist ein rechnergestütztes Dimensionie­rungswerkzeug, das sämtliche Schritte des virtuellen Entwurfs von komplexen Hochleistungs­übertragern in einer geschlossenen Entwicklungsumgebung ermöglicht.Eines der wichtigsten Ergebnisse der bisherigen Arbeiten ist die Erreichung der Basisfunktiona­lität des Entwurfswerkzeuges. Neben der Eingabemaske wurden die skriptbasierte Verknüpfung der verschiedenen Programmteile sowie die ersten Berechnungsroutinen für die Bestimmung der elektrischen Parameter implementiert.

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Ziel des Vorhabens ist es, ein Basissystem und Grundmodule zu entwickeln, mit denen sich schnell und unaufwändig angepasste softwaretechnische Spezialapplikationen zur Simulation dynamischer Systeme realisieren lassen. Die mit dem Basissystem zu realisierenden Spezial­applikationen sollen primär in der Ingenieurpraxis angewendet werden. Als Spezialapplikationen werden hier allgemein Softwarelösungen zur Planung, Simulation und Optimierung verfahrens­technischer Anlagen verstanden. Entsprechend dem Tätigkeitsfeld des Schwerpunktes "Um­weltinformatik" stehen dabei in erster Linie sowohl urbane Abwassersysteme (Kanalnetz und Kläranlagen) als auch Biogasanlagen im Vordergrund. Entsprechende Softwarelösungen sollen durch Endanwender insbesondere für die Planung kleinerer und mittlerer Anlagen eingesetzt werden, für die bisher keine kostengünstigen und leistungsfähigen Lösungen existieren.

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Schwingquarze gestatten durch die Modifikation ihrer Oberfläche die Verwendung als masse­empfindliche chemische oder biologische Sensoren. Dazu wird der Quarz durch einen Oszillator zum Schwingen in Eigenresonanz angeregt. Eine Erhöhung der Resonatormasse durch auf der Oberfläche sorbierte Moleküle bewirkt eine Verringerung der Resonanzfrequenz, die als Sensorsignal erfasst wird. Darüber hinaus kann sich, insbesondere bei viskosen oder visko-elastischen Effekten, auch die Dämpfung des Resonators ändern. Von speziellen Oszillatoren wird auch diese Änderung erfasst.

Auf der Basis der Erfahrungen bei der Entwicklung derartiger resonanter Sensorsysteme wurden die Experimentsysteme LiquiLab und GasLab entwickelt, die seither einer kontinuierlichen Weiterentwicklung unterliegen. Das System LiquiLab ist mit bis zu 4 Sensoren, das GasLab mit 8 Sensoren ausgerüstet. Die temperierten Messzellen werden vom Messmedium durchströmt. Daher gestatten es die Mikrowägungs-Systeme, die Affinität und die Kinetik von Wechselwirkungen kontinuierlich zu verfolgen. Dazu werden die Sensorsignale wahlweise grafisch oder numerisch auf dem Monitor des PC, mit dem das LiquiLab oder GasLab seriell oder über Ethernet verbunden ist, dargestellt. In Abhängigkeit vom geplanten Einsatzzweck sind applikationsspezifische Änderungen des Sensorsystems, das mittlerweile in zahlreichen Einrichtungen zum Einsatz kommt, möglich.

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Innerhalb des Verbundprojekts werden autonom arbeitende Sensormodule als Schlüsselkom­ponenten zur Umsetzung von drahtlos vernetzten Modulen der Automatisierungstechnik ent­wickelt. Augenmerk liegt besonders auf der Zuverlässigkeit der Kommunikation, der Echtzeit­fähigkeit und der Baugröße der Hardware. Die Hauptaufgabe des ifak innerhalb des Verbund­projekts besteht im Test der entstehenden Funklösungen unter Nutzung des Funk-Transfer-Testers (FTT) entsprechend der VDI/VDE-Richtlinie 2185. Hierzu wird der FTT konzeptionell entsprechend den Anforderungen des Projekts erweitert. Die mit den größeren Netzwerken ge­sammelten Erfahrungen sollen dann in die Gremienarbeit zurückfließen.

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Im Forschungsprojekt MOSAIQUE und in der Landesinitiative Angewandte Vekehrsforschung/ Galileo Transport Sachsen-Anhalt sind innovative Ansätze für ein regionales Verkehrsmanage­ment entwickelt und im Gebiet Halle-Leipzig erfolgreich erprobt worden. Diese Ansätze sollen nun langfristig auf ganz Sachsen-Anhalt übertragen werden. In einem ersten Schritt wird hierzu dauerhaft ein flächendeckendes Modell der Verkehrslage realisiert. Zusammen mit dem Ausbau der ÖPNV-Systeme soll in einem zweiten Schritt ein intermodaler Mobilitäts-Informationsdienst etabliert werden. Aktuell konzentrieren sich die Arbeiten des ifak auf die Integration des landes­weiten Baustelleninformationssystems SPERR-Info in die Verkehrslage.

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Im Mittelpunkt des im Themenbereich Ambient Assisted Living (AAL) angesiedelten Projektes GESUND ZUHAUSE steht die Verbesserung der Kommunikation zwischen häuslichem Umfeld und behandelnden Ärzten. In Kooperation mit regionalen Unternehmen soll auf Basis digitaler Informations- und Kommunikationstechnologien eine innovative Lösung geschaffen werden, die die Nachbehandlung geriatrischer Patienten verbessert und ein längeres Verbleiben in der eigenen Häuslichkeit ermöglicht. Im Kern sollen mit einer zielgruppenspezifischen und web-basierten Plattform die Voraussetzungen für eine interaktive Kommunikation des Patienten mit Ärzten, nicht-ärztlichen Helfern und externen Dienstleistern sowie für die Unterstützung der mobilen Pflege geschaffen werden. Der Patient wird damit zusammen mit seinen Kümmerern erstmalig in diese Kommunikationsprozesse eingebunden.

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Für die Einführung und den nachhaltigen Betrieb Intelligenter Verkehrssysteme (IVS) sind verlässliche Leitlinien und offene Standards für Systeme und Komponenten notwendig. Die EU hat daher einen Aktionsplan verabschiedet, der schrittweise in allen Mitgliedsländern umgesetzt werden soll. In Sachsen-Anhalt wird hierzu innerhalb der Landesinitiative Angewandte Verkehrs­forschung / Galileo-Transport Sachsen-Anhalt der IVS-Rahmenplan für das Land erarbeitet. Aus­gehend von einem gemeinsam definierten Leitbild wird eine Rahmenarchitektur für Intelligente Verkehrssysteme entworfen. Das Leitbild dient dabei der Verpflichtung von Organisationen, die unterschiedliche Zielsetzungen und Interessen haben, auf ein gemeinsames Ziel. Das Leitbild soll den einzelnen Akteuren eine gemeinsame Orientierung geben, ohne diese mit detaillierten Vorgaben zu belasten und damit in ihrer notwendigen operativen Handlungsfreiheit einzu­schränken. Das ifak arbeitet federführend an der Erstellung eines IVS-Rahmenplans für Sachsen-Anhalt mit.

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Die Akzeptanz für die Elektromobilität hängt in einem hohen Maße vom Nutzungskomfort ab, insbesondere beim Laden der Energiespeicher. Im Gegensatz zum herkömmlichen Laden mit Kabel und Stecker bietet das kabellose Laden auf der Basis der induktiven Energieübertragung deutliche Vorteile in Bezug auf Sicherheit und Komfort. In diesem Begleitforschungsprojekt zum FuE-Programm Förderung von Forschung und Entwicklung im Bereich der Elektromobilität (BMU) sollen mithilfe eines Szenarienmodells die Einflussfaktoren der Technologiefolgen, auch in ihrer komplexen wechselseitigen Abhängigkeit, transparent dargestellt werden. Ein weiteres Ziel ist die Flankierung entsprechender Forschungsprojekte zum Thema der kabellosen Lade­technologie. Im Forschungsschwerpunkt Kontaktlose Energieübertragung werden hierzu Frage­stellungen mit Fokus auf die Datenübertragung und die Elektromagnetische Verträglichkeit bearbeitet.

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Zum Beginn des Jahres 2007 wurde von der PROFIBUS Nutzer Organisation (PNO) die Arbeitsgruppe TC2 WG12 ins Leben gerufen mit dem Ziel, ein Wireless Sensor-Aktor-Netzwerk für die Fabrikautomation (WSAN-FA) zu standardisieren.Dabei steht die Funkkommunikation zur Steuerung und Überwachung von Anwendungen wie z. B. Rohbauzellen, Robotern, Werkzeugmaschinen und Anlagen der Fördertechnik im Fokus. Das Ziel dieses Vorhabens ist die entwicklungsbegleitende Normung des drahtlosen Sensor-Aktor-Netzwerkes. Das Einbringen der in der PNO entwickelten technischen Spezifikation in die Normungsgremien soll unterstützt und zur Vertretung der technischen Spezifikation beitragen werden. Dafür sind zwei Schwerpunkte zu bearbeiten:

• Die formale Beschreibung der technischen Spezifikation und die Überführung in die entsprechenden Teile der IEC 61158 in Übereinstimmung mit der IEC Direktive für Editoren und den Konventionen der IEC 61158 und IEC 61784-1/2 als Maßnahme zur entwicklungsbegleitenden Normung.
• Die systematische Testfolgenableitung aus der formalen Beschreibung und die darauf aufbauende Erarbeitung einer Testspezifikation, zur Gewährleistung eines schnellen Ergebnistransfers insbesondere durch kleine und mittlere Unternehmen.

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Die Förderung und Nutzung von Grundwasser stellt einen Eckpfeiler bei der landwirtschaft­lichen Entwicklung, vor allem in Entwicklungsländern, dar. Der Einsatz von Solarpumpen ist besonders für entlegene Standorte, die nicht über ein Stromversorgungsnetz verfügen, eine interessante Alternative. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein kompaktes System zu reali­sieren, das aus einer leistungsfähigen Pumpe in Verbindung mit einer optimal angepassten Energieversorgung auf Basis der Photovoltaik und einer modular aufgebauten intelligenten Steuer- und Überwachungstechnik besteht.In den laufenden Arbeiten wurden die ersten leistungselektronischen Komponenten sowie die Baugruppen für die Kommunikation und die Visualisierung sowie ein Sensorsystem für die Detektion von Sand und Luftblasen in der Pumpe konzipiert und entwickelt.

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Die zunehmende industrielle Funkkommunikation führt zukünftig zu neuen Herausforderungen an Funknetzwerke und -geräte sowie an dafür erforderliche Inbetriebnahme- und Diagnosewerkzeuge. Von diesen Herausforderungen, die sich sowohl durch die Vielzahl an Spezifikationen als auch durch das begrenzt nutzbare Frequenzspektrum ergeben, sind Hersteller von Automatisierungsgeräten und ‑systemen, Maschinen und Anlagen sowie deren Anwender gleichermaßen betroffen.

Anwender wollen möglichst nur Funkgeräte einer Technologie für eine Anwendungsklasse in ihren Anlagen einsetzen, um die Lagerhaltungskosten und die Aufwendungen für Inbetriebnahme- und Diagnosewerkzeuge klein zu halten. Von Herstellern erwarten sie eine Gewährleistung der Koexistenz der eingesetzten Funknetzwerke mit anderen, bereits vorhandenen, unter Berücksichtigung internationaler Standards. Für die Hersteller von Automatisierungsgeräten und insbesondere von Maschinen und Anlagen ist es aber schwer absehbar, welche anderen Frequenznutzer im Umfeld der verschiedenen Produktionsanlagen anzutreffen sind. Hinzu kommen länderspezifische regulatorische Rahmenbedingungen, die den globalen Einsatz erschweren. Darum sind intelligente Funknetzwerke wünschenswert, die in der Lage sind, sich an die örtlichen Gegebenheiten anzupassen.
Die Funktechnologien werden, getrieben durch die Anforderungen des Consumer-Marktes nach geringem Energiebedarf, höherer Bandbreite, hoher Verfügbarkeit, flexibler Kommunikation verschiedener Multimedia-Anwendungen, in rasantem Tempo weiterentwickelt. Hersteller industrieller Funkgeräte nutzen Komponenten aus diesem Markt, um von der großen Stückzahl profitieren zu können. Diese Abhängigkeit birgt aber ein hohes Risiko hinsichtlich der Investitionen, da für industrielle Anlagen stabile Kommunikationssysteme über mehrere Jahre gefordert werden und die integrierten Komponenten evtl. nicht langfristig verfügbar sind. Zudem sind die Lösungen des Consumer-Marktes oft nicht optimal auf industrielle Anforderungen abgestimmt. Flexible, rekonfigurierbare Funknetzwerke könnten hier Abhilfe schaffen.

Die Studie zeigt deutlich, dass die Technologien Software Defined Radio und Cognitive Radio das Potenzial haben, die genannten Herausforderungen zu lösen. Auf 274 Seiten werden technische, ökonomische und regulatorische Aspekte sowie Gesichtspunkte der Standardisierung und Zertifizierung beleuchtet. Damit liegt ein umfassendes Kompendium vor, das auch Auskunft über notwendige Hardware, Software und Entwicklungsplattformen gibt. Ein wesentlicher Inhalt ist aber die Darstellung der Möglichkeiten und Szenarien für industrielle Automatisierungsanwendungen.

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Für die optimale Auslegung kontaktlos induktiver Energieübertragungssysteme sind vielfältige Problemstellungen zu lösen. Besonderes Augenmerk gilt dabei der elektromagnetischen Ver­träglichkeit (EMV). Forschungsziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines rechnergestützten Bewertungsverfahrens für kontaktlose Energieübertragungssysteme. Hiermit sollen gezielt EMV-Aspekte analysiert und anhand konkreter Anordnungen Störpegel für ausgewählte Größen berechnet werden. Im Berichtszeitraum wurden simulative und messtechnische Untersuchungen leitungsgebundener Störungen sowie eine begleitende Modellentwicklung und -optimierung durchgeführt. Weiterhin wurden Maßnahmen zur Reduzierung dieser Störemissionen untersucht.

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Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Funk in industriellen Automatisierungsanwendungen bedingen die Nutzung von unterschiedlichen und für den speziellen Einsatzfall optimierten Funk­technologien. Diese Vielfalt erfordert beispielsweise verschiedene Inbetriebnahme- und Diagnosewerkzeuge und die damit verbundenen Aufwendungen für die Schulung des Service­personals. Ideal wäre ein Werkzeug mit einheitlicher Schnittstelle zum Bediener, das unab­hängig von der verwendeten Funktechnologie die Diagnose der Funkkommunikation ermöglicht. Ein weiterer Aspekt ist, dass die Regulierungsbehörden dem wachsenden Frequenzbedarf durch flexiblere Zuteilung gerecht werden wollen. Das heißt, zeitlich bzw. örtlich nicht genutzte Frequenzen von Primärnutzern könnten einfacher verwendet werden. Die Technologien SDR (Software Definded Radio) und CR (Cognitive Radio) haben das Potenzial, die genannten Herausforderungen zu bewältigen, und sollen deshalb im Rahmen der Studie bzgl. ihrer Eigen­schaften, Anforderungen an die Umsetzung, Verfügbarkeit von Komponenten und Eignung für den Einsatz in Komponenten der Automatisierungstechnik untersucht werden.

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Als Beitrag zur Hightech-Strategie der Bundesregierung unterstützt der Industriekreis Augmented Reality mit seinem Positionspapier "Virtuelle Tech­nologien und reale Produkte" die zielorientierte und anwendungsgetriebene Weiterentwicklung virtueller Technologien. Diese Initiative fand Eingang in die Definition eines von vier Technologieverbünden im Rahmen von IKT2020 (Forschungsprogramm "Informations- und Kommunika­tions­technologien"), in dem das Projekt AVILUS einen signifikanten Beitrag leistet.In AVILUS konzentriert sich ifak auf die hybride Inbetriebnahme. Dabei steht die Definition eines Mechatronikmodells im Zentrum der Arbeiten, welches in verschiedenen Szenarien der Inbetrieb­nahme als Technologie benötigt wird und das in den Workflow der digitalen Planung einzu­ord­nen ist.

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Im Rahmen des Vorhabens der Partner Ostfalia-Hochschule (Campus Suderburg), LimnoTec Abwasseranlagen GmbH und FlowConcept GmbH wurde am Beispiel eines gemüseverarbei­tenden Betriebes gezeigt, dass mit Hilfe eines innovativen Verfahrenskonzeptes der Wasser­kreislauf geschlossen werden kann. In einer Biogasanlage mit hohen Raumumsatzleistungen wird Energie aus den Reststoffen der Gemüseproduktion erzeugt, die zur Strom- und Wärme­erzeugung mit einem Gesamtwirkungsgrad von ca. 90 % genutzt wird. Der ifak-Schwerpunkt Umweltinformatik hat in diesem Vorhaben eine Masse-Algen-Kultur mathematisch modelliert und in ein Simulationssystem integriert.

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Im Berichtsjahr wurde eine Simulationsstudie für die kommunale Kläranlage Köln-Stammheim bearbeitet. Den Kern der Schlammbehandlung auf der Kläranlage bilden fünf im mesophilen Temperaturbereich parallel betriebene Faulbehälter. Der Betreiber ist an der Verbesserung des Abbaus organischer Stoffe und an der Erhöhung der Gasproduktion interessiert. Gegenstand der Simulationsstudie war die Modellierung der Faulbehälter mit der Darstellung der Ist-Betriebs­führung und darauf aufbauend die Modellierung und Simulation von acht alternativen Betriebs­führungsvarianten. Für die Simulationsstudie wurde die Modellgrundlage ADM1 (Anaerobic Digestion Model No. 1) verwendet.

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Mit diesem Projekt wird die Umsetzung der im Systemkonzept (Studie SPERR-SIB) vorge­schlagenen Maßnahmen vorgenommen und die erforderliche Verknüpfung der verschiedenen Erfassungssysteme mit dem Sperrinformationssystem des Landes realisiert. In enger Ab­stimmung mit dem Landesbetrieb Bau als Betreiber der integrierten Verkehrsnetzdokumentation und des Sperrinformationssystems werden die mit Hilfe von heterogenen Erfassungssystemen erstellten Sperrinformationen auf der Grundlage der ASB-konformen (ASB Anweisung Stra­ßeninformationsbank) TT-SIB zusammengeführt und so für die Anwendung im Rahmen des Genehmigungsverfahrens für Großraum- und Schwerlasttransporte verfügbar gemacht. Für die Nutzung der bereitgestellten Sperr-Informationen durch die Öffentlichkeit wird eine Überarbei­tung der bisherigen grafischen und tabellarischen Darstellungsweise vorgenommen.

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Das Softwarepaket GDC Global Drive Control dient zur Parametrierung und Inbetrieb­nahme von Umrichtern mehrerer Baureihen. Es umfasst eine grafische Oberfläche zur Benutzerführung, eine Datenbank zur Gerätestammdatenverwaltung, einen Kommunika­tionsanschluss (verschie­dene Feldbusse) sowie eine Reihe von problemspezifischen Erweiterungskomponenten. Das Werkzeug unterliegt einer ständigen technischen Weiterentwicklung, bei der der For­schungs­schwerpunkt Gerätemanagement Forschungs- und Entwicklungsleistungen erbringt.

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Zielstellung des Projektes Qualitätssicherung mit Hilfe von Leistungsuntersuchungen der Dienstgüteeigenschaften in Virtual Automation Networks mit Fokus auf Echtzeitfähigkeit, Secu­rity und heterogene IP-Kopplung ist die Leistungs­bewertung von Kommunikations­eigen­schaften typischer, inhomogener und verteilter Automa­tisierungsnetze. Aufgrund der Vielfalt mög­li­cher Konfigurationen sollen in diesem Projekt die aufeinander aufbauenden elementaren Bestandteile eines Automatisierungsnetzes wie lokale Nutzung von Echtzeit-Ethernet, Security und die IP-basierte Kopplung heterogener Netzwerk­strukturen näher untersucht werden. Zu diesem Zweck werden innerhalb des Projektes DIVAN Simulationsmodelle für verschiedene, marktrelevante Echtzeitsysteme erstellt, mit deren Hilfe aussagekräftige, simulative Unter­suchungen ermöglicht werden und so dem Anwender die Auswahl erleichtert wird. Dabei sollen die Einflüsse der Infrastrukturkomponenten entlang des Übertragungsweges (Verbindung loka­ler Echtzeitdomänen über WANs) auf das Zeitverhalten des Gesamtsystems qualitativ bewertet werden.

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AIMES ist ein durch das BMBF gefördertes und im Rahmen von ITEA 2 koordiniertes For­schungsvorhaben deutscher und spanischer Projektpartner. Das Projekt soll die Grundlagen für die Optimierung von Facility- und Service-Managementprozessen im medizintechnischen Umfeld von Krankenhauseinrichtungen legen. Diese Optimierung betrifft sowohl die kranken­haus­internen Managementprozesse als auch deren Koordination mit externen Dienstleistern sowie den Herstellern medizintechnischer Geräte. Für die technische Umsetzung werden unter anderem Service Oriented Architecture (SOA), Agenten-Technologien, sichere drahtlose Kom­munikation und RFID diskutiert. Die wesentlichen, durch den Projektpartner ifak im Rahmen des Projektes AIMES angestrebten Ziele des Vorhabens liegen in der Schaffung der Voraus­setzungen für den zentralen Zugriff des technischen Krankenhauspersonals auf Zustands- und Diagnoseinformationen in medizintechnischen Geräten verschiedener Hersteller durch die Definition einheitlicher Schnittstellen für medizintechnisches Equipment, die Definition einer geeigneten Service-orientierten Architektur für die Vernetzung des Equipments unter Berück­sichtigung der spezifischen Sicherheitsaspekte sowie die Unterstützung von Serviceprozessen durch Methoden der Online-Überwachung und Diagnostizierung.
Im ifak sind die beiden Bereiche Informationsmanagement für Umwelt und Automation und Industrielle Kommunikationssysteme maßgeblich an den Projektarbeiten beteiligt.

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Im Rahmen des Verbundprojektes sollen Lösungen für große, energieautarke, selbstorganisie­rende drahtlose Sensor-/ Aktornetze entwickelt werden. Im Fokus stehen dabei unter anderem eine lange Lebensdauer der energieautarken Knoten und eine zuverlässige Kommunikation mit geringen Bitfehlerraten.

Innerhalb dieses Verbundprojektes untersucht das ifak die zu erstellenden Funklösungen unter Nutzung des Funk-Transfer-Testers (FTT) auf ihre Parameter entsprechend der VDI-Richtlinie 2185. Hierzu wird der FTT konzeptionell entsprechend den Anforderungen des Projekts erwei­tert. Die Erfahrungen mit den größeren Netzwerken innerhalb des Projektes sollen dann in die Gremienarbeit zurückfließen.

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Ziel der Forschungsinitiative AKTIV ist es, die Situation auf Deutschlands Straßen zukünftig noch sicherer zu gestalten. Um dieses Ziel zu verwirklichen, haben 28 Partner aus der Industrie, der Forschung sowie der Straßen- und Verkehrsverwaltung gemeinsam die Forschungsinitiative AKTIV gestartet. Innerhalb der drei Projekte Aktive Sicherheit , Verkehrsmanagement und Cooperative Cars soll so bis zum August 2010 die Verkehrsforschung gemeinsam voran getrieben werden.

Die Arbeiten des ifak konzentrieren sich dabei im Projekt Verkehrsmanagement, insbesondere in den Teilprojekten Kooperative Lichtsignalanlage , Netzoptimierer und Störungsadaptives Fahren . Die aktuellen Arbeiten umfassen derzeit die Analyse und Spezifikation der grund­sätz­lichen Systemarchitektur.

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An der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg wird unter dem Titel COMO im Rahmen des Automotive-Forschungsschwerpunkts interdisziplinäre Forschung betrieben. Der Teilbereich B3 befasst sich mit Fragen der Informationssicherheit. Die Arbeitspunkte sehen zunächst eine Bedrohungs­analyse und die Erarbeitung pauschalisierter Richtlinien und Designpattern vor.

Wesentliche Teilaufgaben liegen in der Betrachtung eines multimodalen Authen­tifizierungs­systems, welches biometrische Authentifizierungen am Beispiel von Gesichts- und Sprach­erkennungen unter den wechselnden Bedingungen im automobilen Umfeld vor­neh­men soll. Ferner werden im Rahmen eines sicheren Datenmanagements Kon­zepte erarbeitet, um das automotive Datenmanagement grundlegend im Sinne der IT-Security abzusichern. Eine weitere Teilaktivität ist die Entwicklung von Designpattern für IT-sichere, automotive Komponenten. Hier liegt insbesondere der Fokus auf der in Zukunft relevanten Car-to-Car-Kommunikation. Dies bildet zugleich den Schwerpunkt der am ifak durchgeführten Arbeiten.

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Das Forschungsprojekt hat zum Ziel, die Verfahrensentwicklung, Planung und Betriebs­optimierung von SBR-Anlagen mit dem besonderen Schwerpunkt der Beeinflussung der Sedimentationseigenschaften durch geeignete Simulationsmodelle zu verbessern. Hierzu sind die ASM-Belebtschlammmodelle der IWA, wie sie zur Beschreibung der Prozesse in konventio­nellen Belebungsanlagen eingesetzt werden, derart zu erweitern, dass sie eine realitätsnahe Approximation der Prozessdynamik in SBR-Anlagen gewährleisten. Die zu entwickelnden Modelle werden als so genannte segregierte Modelle konzipiert, in denen eine definierte Anzahl von Flocken- und Biomasse-Repräsentanten individuell unterschieden werden. Darüber hinaus wird eine detaillierte Abbildung der Hydraulik basierend auf CFD-Berechnungen integriert. Die kalibrierten Modelle werden im Weiteren zur Entwicklung innovativer SBR-Verfahren verwendet.

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Zielstellung des Vorhabens ist es, prozesstaugliche Messprinzipien für die kontinuierliche Beobachtung von Mehrphasensystemen so einsetzbar zu machen und zu kombinieren, dass durch verbesserte Prozesskenntnis auf schwankende Prozessparameter besser reagiert werden und somit der Prozess effizient und sicher bis zum qualitätsgerecht vorliegenden Endprodukt geführt werden kann.

Es sollen einerseits Messprinzipien entwickelt und experimentell verifiziert werden, die auch in optisch nicht transparenten heterogenen Stoffsystemen mit veränderlichen Phasengrenzen (Schmelz- und Erstarrungsvorgänge, Kristallwachstum etc.) das Auftreten derartiger Phasen­grenzen sicher detektieren und im Weiteren auch lokalisieren können. Andererseits sollen in Fest-flüssig- bzw. Flüssig-flüssig-Systemen mit stabilen Phasengrenzen Methoden und Verfah­ren zur Charakterisierung der dispersen Phasen hinsichtlich des Anteils (z.B. Feststoffkonzen­tration in Suspensionen), der Teilchengröße, der Teilchengrößenverteilung (in poly-dispersen Systemen) und deren örtlicher Verteilung (Effizienzbewertung von Misch-/Entmischvorgängen u.a.) erarbeitet werden.

In den ersten vier Monaten der Projektlaufzeit lag der Schwerpunkt der Arbeiten bei der Beschreibung der Schallausbreitung in homogenen isotropen Medien und der Vorbereitung der experimentellen Verifikation der erarbeiteten Algorithmen und Modelle.

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Mikrotiterplatten werden in der medizinischen Diagnostik oder Biotechnologie verwendet. Die Befüllung derartiger, bis zu 1536 Wells fassender Titerplatten erfolgt oft durch automatische Dispenser mit hoher Geschwindigkeit. Die Kontrolle eines Füllvolumens von beispielsweise 5 µl mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent stellt dabei eine große messtechnische Heraus­forderung dar, da die Flüssigkeitsvolumina sehr klein sind, die abgefüllten Flüssigkeiten schnell verdampfen und sowohl das Material der Titerplatten als auch die Flüssigkeiten optisch transparent sind. Derzeit existiert für die Qualitätskontrolle des Befüllvorganges von Mikrotiter­platten keine Mess­technik. Zielstellung des Vorhabens ist daher die Suche nach einer sinnvoll einsetzbaren Methodik für die Lösung der Problemstellung, wobei zwei vielversprechende Prinzipien im Fokus des Interesses stehen: kapazitive Anordnungen und die Methode der Wärmefluss-Thermographie.

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Im Rahmen des Vorhabens der Partner Leuphana-Universität Lüneburg, LimnoTec Abwasser­anlagen GmbH und FlowConcept GmbH soll am Beispiel eines gemüseverarbeitenden Betrie­bes gezeigt werden, dass mit Hilfe eines innovativen Verfahrenskonzeptes der Wasserkreislauf geschlossen werden kann. In einer Biogasanlage mit hohen Raumumsatzleistungen wird Ener­gie aus den Reststoffen der Gemüseproduktion erzeugt, die zur Strom- und Wärmeerzeugung mit einem Gesamtwirkungsgrad von ca. 90 % genutzt wird. Der ifak-Schwerpunkt Umwelt­informatik wird in dem Vorhaben eine Masse-Algen-Kultur mathematisch modellieren und in ein Simulationssystem integrieren.

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Im Rahmen eines Teilprojektes des durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) im nationalen Luftfahrtforschungsprogramm geförderten Projektes KABTEC Kabinen­technologien für komfortable Passagierplattformen werden Möglichkeiten und Lösungen für den Einsatz der Technologie der kontaktlosen Energie- und Datenübertragung im Kabinenbereich von Passagierflugzeugen erforscht.

Ziel der Projektarbeiten ist die Schaffung einer modularen und flexiblen Kabine durch den Verzicht auf bestimmte Verkabelungen und kontaktbehaftete Verbindungen, wodurch z.B. eine stufenlose Positionierung der Passagierplätze ermöglicht wird. Weitere Schwerpunkte sind die Nutzung der Technologie für die automatische Generierung von Kabinenlayouts, für die Strom­versorgung verschiedener Displays und Anzeigeelemente sowie für die Energieversorgung der Sitze. Hierfür sind zum Schutz der Personen und der Technik vor möglichen Beeinflussungen durch magnetische Felder geeignete Lösungen zu entwickeln.

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Im Auftrag des Unternehmens Primodal (Kanada) und des Instituts modelEAU der Universität Laval (Quebec, Kanada) wird die Basissoftware für Messstationen entwickelt. Dabei werden industrielle Kommunikationsstandards (PROFIBUS) zur einfachen Anbindung und Parametrie­rung beliebiger Sensoren unterschiedlicher Hersteller genutzt. Weiterhin werden die Voraus­setzungen für ein erweiterbares System zur Vor-Ort-Validierung und Qualitätskontrolle der ermittelten Daten realisiert. Anwendungen sind im Bereich Gewässergüte-Monitoring von Ober­flächengewässern und in Abwassersystemen (Kanalnetze, Kläranlagen) vorgesehen.

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Bislang stellte die Entwicklung von Systemen zur Abflusssteuerung von Kanalnetzen eine Auf­gabe mit hohem Entwicklungsaufwand dar, so dass derartige Systeme in der Regel nur bei zu­sätzlicher Förderung entwickelt und umgesetzt werden können. Basierend auf den Grundprin­zipien eines zuvor am ifak entwickelten allgemeinen Steuerungs- und Regelungsalgorithmus für Kanalnetze werden in Zusammenarbeit mit dem Automatisierungsunternehmen SEGNO und der Universität Hannover vorgefertigte Steuerungsbausteine entwickelt, die sich mit wenig Auf­wand an individuelle Kanalnetze konfigurieren lassen. Die Praxistauglichkeit der Module wird durch ihre Implementierung im Kanalnetz Hildesheim nachgewiesen.

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Der hessische Leitfaden für das Erkennen ökologisch kritischer Gewässerbelastungen durch Abwassereinleitungen soll um rechnerische, durch dynamische Simulationsmodelle gestützte Nachweise erweitert werden. Hierzu wird durch die TU Darmstadt eine auf dem Schmutz­frachtmodell SMUSI 5.0 basierende simulationsgestützte Analyse- und Planungsmethodik zur immissionsorientierten Nachweisführung entwickelt. Hierfür hat das ifak ein praxisgerechtes Gewässergütemodell ( Simple Water Quality Model ) entwickelt. Eingebunden in eine hydro­dynamische Abflusssimulation erlaubt es eine allgemein anwendbare Nachweisführung. Die Ver­knüpfung mit einem Simulationsrahmen, der an die europäische Schnittstelle OpenMI gekoppelt ist, erlaubt die Anbindung weiterer Komponentenmodelle auch von Drittanbietern.

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Eine vorhandene Safety-Antriebssteuerung wird um das PROFINET Kommunikationssystem ergänzt. Durch dieses ethernet-basierte Kommunikationssystem werden zusätzliche Anforde­rungen an das Safety Layer gestellt. Diese Anforderungen werden durch das PROFIsafe Layer ab der Version V2.0 erfüllt. Die ordentliche Integration eines Safety Treibers für PROFINET IO Devices unter Einhaltung der Anforderungen aus IEC 61508 war Hauptbestandteil dieser Arbeiten. Dies schließt eine Erweiterung der Tests ein.

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Während des Betriebs technischer Einrichtungen können Störungen auftreten. Moderne Einrichtungen sind in der Lage, entsprechende Störungsmeldungen automatisch zu generieren. Betreiber lassen diese Meldungen oftmals von einem Dienstleistungsunternehmen überwachen, das entsprechende Servicemaßnahmen einleitet. Dafür ist jedoch eine entsprechende Kommu­ni­kation zwischen Automat und Planungssoftware des Dienstleisters erforderlich.

Im Schwerpunkt Maschinen- und Anlagenmanagement werden Lösungen erarbeitet, die Vor­aus­setzung für die Realisierung derartiger Dienstleistungen sind. Bestandteile dieser Lösungen sind zentrale Störmeldedatenbanken, Web-Portale und Kommunikationssoftware zur Anbindung der Störmeldedatenbank z.B. an ein SAP-System. Datensicherheit beim Daten­transport (ga­ran­tierte Datenübertragung, Verschlüsselung, etc.), Ausfallsicherheit und hohe Verfügbarkeit auch bei gleichzeitigen Anfragen zahlreicher Einrichtungen sowie ergonomische Anwendungsober­flächen des Web-Portals sind einige Aspekte, die bei den Forschungs- und Entwicklungs­arbeiten berücksichtigt werden.

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Eine Verbesserung des Bedienungskomforts bei Elektrogeräten im Haushalts- oder Bürobereich lässt sich durch das Wegfallen der Netzkabel erreichen. Über Dis­tanzen im cm-Bereich kann eine Energiezuführung mit Hilfe der kontaktlos induktiven Über­tra­gung realisiert werden. Auch weitere Aspekte, wie Ästhetik und Hygiene, sprechen hier für den Einsatz dieser Technologie. Neben dem Hauptziel des Projektes, der Entwicklung effizienter Energieübertragungssysteme für Kleinelektrogeräte, wurde aufgrund des Neuigkeitsgrades dieses Einsatzfeldes eine Viel­zahl sekundärer Forschungsgebiete erschlossen. Hierzu zählen insbesondere die eindeutige kon­takt­lose Identifikation des Sekundärteils und dessen Position, neue Konzepte für den Geräte- und Personenschutz, die Entwicklung normkonformer Wechselrichtertechnik sowie nicht zuletzt die Berücksichtigung der Wirkung der Magnetfelder auf den Menschen.

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Basierend auf den langjährigen einschlägigen Forschungsarbeiten des ifak wurden in Machbar­keitsstudien und durch den Bau von Prototypen zugeschnittene Lösungen für verschiedenste industrielle und nicht industrielle Anwendungen erarbeitet, wie z.B. die Aufladung von Akku­mu­latoren von Handgeräten oder die Energie- und Datenübertragung für rotierende Messtechnik. Ausgehend von positiven Ergebnissen der Machbarkeitsstudien und Prototypen wurden für besonders aussichtsreiche Anwendungen Entwicklungsvorhaben gestartet.

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Identifikationssysteme auf Transponderbasis und Barcodeleser sind aus
Anwendungen, wie z.B. bei der Produktverfolgung während des
Produktionsprozesses, der Erkennung eines individuellen Objektes oder
der Speicherung von Daten direkt am Produkt heute nicht mehr
wegzudenken. Am Markt findet man eine Vielzahl von Lösungen
unterschiedlichster Hersteller. Das ifak hat an einer PROFIBUS-
Profildefinition aktiv mitgewirkt, so dass für den Anwender nunmehr
interoperable Lösungen zwischen Feldgeräteanwendung und
Steuerungsprogramm möglich sind und die Kosten zur Integration dieser
Geräte gesenkt werden. Die Spezifikationsarbeiten wurden mit
formalisierten Mitteln der UML begleitet und konnten somit kurzfristig
validiert werden. Ferner konnten prototypische Slave-
Implementierungen aus dieser Notationsform abgeleitet werden.

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Ziel des Projekts ist es, eine disziplin-übergreifende Plattform in Form eines sensor-aktor-gestützten Frühwarnsystems zur Gefahrenabwehr bei Extremwetter zu realisieren. Dazu sollen auf der Sensor-Seite die bisherigen Möglichkeiten der lokalen Prognose von Extremwetter und dessen lokale Auswirkungen zum einen durch die Integration vorhandener, heterogener Mess­netze (z.B. private und öffentliche Wetterstationsnetze, Daten von Umweltämtern, Pegelnetze) und zum anderen durch den Einsatz neuer, kostengünstiger Messmethoden entscheidend verbessert werden. Auf der Aktor-Seite sollen neben der genauen und zielgerichteten Warnung von Betroffenen auch automatische Systeme (z.B. im Bereich der Anlagen- und Gebäude­technik) in die Gefahrenabwehr einbezogen werden.

Die Rolle des ifak im Vorhaben konzentriert sich auf der Sensorseite mit der Informations­ge­winnung auf der Basis neu zu entwickelnder Sensoren, der drahtlosen Informationsüber­tragung und der Informationsverdichtung und -vorverarbeitung auf Datenserver-Ebene. Neue Progno­semodule sollen lokale Überschwemmungsgefahren bei Starkniederschlagsereignissen recht­zeitig signalisieren können und damit als Bindeglied zwischen Sensor- und Aktorseite fungieren.

Im Berichtszeitraum stand vor allem die detaillierte Analyse der Anforderungen an die einzelnen Komponenten des Frühwarnsystems im Mittelpunkt des Interesses.

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Im Maschinen- und Anlagenbau werden häufig Elektroenergie sowie Informations- und Steuersignale zwischen rotierenden und feststehenden Teilen übertragen. Bisher wurden dafür konventionelle Schleifringe mit mechanischen Kontakten verwendet. Potenzielle Probleme dieser kontakt­behafteten Verfahren sind, begünstigt durch die extremen Einsatzbedingungen (Schmutz, Feuchtigkeit, Temperatur), der Verschleiß und die Unzuverlässigkeit der Kontakte. Die Anwen­dung der kontaktlosen Energie- und Informationsübertragung auf der Basis einer induktiven Übertragungstechnologie kann diese Probleme vermeiden. Weitere Vorteile sind die Redu­zie­rung der Ausfallzeiten und des Wartungsaufwandes.

Im Rahmen dieses FuE-Projektes soll ein Gesamtsystem entwickelt werden, das in der Lage ist, elektrische Energie bis zu einer Leistung von 4 kW sowie Steuerungsdaten, Informations- und Messsignale zu übertragen. Die Übertragung der Energie und der Daten soll im Bereich der Außendurchmesser der Systeme erfolgen. Die Luftspalte zwischen Primär- und Sekundär­systemen soll sich aufgrund üblicher Fertigungstoleranzen und im Hinblick auf die Fertigungs­kosten im Bereich von mehreren Zentimetern bewegen.

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SOCRADES ist ein durch die Europäische Union gefördertes und in Kooperation zwischen französischen, deutschen, finnischen, schwedischen, englischen und italienischen Partnern durchgeführtes Forschungsvor­haben, dessen Ziel es ist, Grundlagen für neue Automatisie­rungs­konzepte zu entwickeln. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf den Einsatz und das Engineering service-orientierter Architekturen für die Vernetzung von Automatisierungskom­po­nenten, die industrielle drahtlose Kommunikation im Feldbereich sowie die Integration in die Managementebene.

Im ifak sind die beiden Bereiche Informations­management für Umwelt und Automation und Industrielle Kommunikation an den Projektarbeiten beteiligt.

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Virtual Automation Networks (VAN) bilden die Kommunikation in heterogenen Netzen unter Einbindung von Weitverkehrsnetzen in industrieller Umgebung. Diese neue Thematik wird in dem gleichnamigen Integrated Project zusammen mit namhaften europäischen Automatisierungsherstellern untersucht. In dem 2005 begonnenen Projekt wurde zunächst der State-of-the-Art der industriellen Kommunikation, vorrangig ethernetbasierte Lösungen, umfassend analysiert. Weiterhin wurden Anforderungen für eine zukünftige VAN-Architektur formuliert. Das ifak arbeitet in dem Projekt in verschiedenen Tasks und ist dabei verantwortlich für die Workpackages Open Platform and System Architecture und Cooperation of private and public networks . Innerhalb des ifak sind die beiden Bereiche Industrielle Kommunikation und Informationsmanagement für Umwelt und Automation an den Projektarbeiten beteiligt.

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Im Rahmen von Dmotion soll durch eine Kooperation und einen Daten- und Informationsverbund zwischen Stadt, Land und privaten Akteuren ein effektives strategisches Verkehrsmanagement für den Ballungsraum Düsseldorf aufgebaut werden. Die Grundlage dafür sollen eine flächendeckende Verkehrlageerfassung und -prognose für die Region Düsseldorf und ein Strategieabgleich zwischen den verschiedenen Baulastträgern bilden. Zur Gewährleistung eines konsistenten Informationsangebotes aus den verschiedenen Quellen erfolgt zusätzlich der Aufbau eines Informationsmanagements. Das Aufsetzen auf etablierten Standards und die Übertragbarkeit aller Teilschritte und Ergebnisse stehen an erster Stelle, so dass ein unmittelbar auf andere Ballungsräume übertragbares Gesamtsystem geschaffen werden kann. Neben der Planung und Durchführung von Felduntersuchungen sowie der technischen und verkehrlichen Bewertung des Gesamtsystems stehen die Entwicklung eines durchgängigen Informations- und Strategiemanagements sowie die wissenschaftliche Begleitung des Vorhabens im Mittelpunkt der Arbeiten des ifak.

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Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt MOSAIQUE zielt darauf ab, in der Region Mittel­deutschland ein wirksames länderübergreifendes Verkehrsmanagementnetzwerk aufzubauen. Unter Berücksichtigung der vorhandenen Ressourcen sollen die Qualität des Verkehrsablaufs erhöht, die Verkehrsteilnehmer besser informiert und die zugrunde liegenden Prozesse optimiert werden. Hierzu werden auf Basis eines dezentralen Netzwerks, das den Zugriff und Austausch von Daten sowie den Einsatz von Werkzeugen und die Umsetzung von Strategien regelt, innovative Verfahren und Methoden entwickelt. Diese werden in den Demonstratorfeldern in Halle und Leipzig veranschaulicht. Gleichwohl verfolgt das Projekt das Ziel der Übertragbarkeit auf weitere Regionen.

Innerhalb des Projekts spielt außerdem das Qualitätsmanagement eine bedeutende Rolle und soll dauerhaft in das Verkehrsmanagement übernommen werden. Es werden Verfahren ent­wickelt, die eine effiziente, ressourcenschonende und wirksame Steuerung des Verkehrs ebenso wie die Planung und die Überwachung der erzielten Wirkungen anhand ausgewählter Qualitätskriterien ermöglichen.

Das ifak arbeitet federführend an der Umsetzung des regionalen Datenpools mit, der die tech­nische Grundlage für das Verkehrsmanagementnetzwerk bildet. Neben der Definition einheit­licher Schnittstellen stehen dabei die Entwicklung von verteilten Methoden und Werk­zeugen für die Daten­aufbereitung, -fusion und -verarbeitung im Vordergrund. Ein weiteres bedeutendes Forschungsfeld stellt die Generierung von auf den Verkehrsteilnehmer zuge­schnit­tenen Informationen und deren Verbreitung über personalisierte Verkehrsinformationsdienste dar.

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Für das Baustellen- und Sperrinformationssystem im Land Sachsen-Anhalt soll ein Konzept für die einheitliche Verarbeitung von Informationen zu verkehrseinschränkenden Maßnahmen er­arbeitet werden. Die Sperrungsdaten von kreisfreien Städten, Landkreisen und Landes­behör­den sollen hierfür vollständig erfasst und zentral gespeichert werden, um sie für die institutio­nellen und öffentlichen Nutzer differenziert darstellen zu können. Die erforderlichen Erfas­sungs­aufgaben sollen jeweils nur einmalig ausgeführt werden. Hierfür ist die Herstellung eines ein­heitlichen Netzbezuges auf der Grundlage der landeseigenen Straßeninformations­daten­bank erforderlich. Mit dem einheitlichen Geodatenmanagement soll die Voraussetzung ge­schaffen werden, die Arbeitsabläufe bei der Genehmigung von Großraum- und Schwer­last­trans­porten zu erleichtern. Außerdem sollen alle in Sachsen-Anhalt erfassten Sperr­informa­tionen in einem gemeinsamen Bürgerinformationssystem dargestellt werden.

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Verkehrsunternehmen stehen nach der Einführung von rechnergestütztem Betriebsleitsystem (RBL) und der dynamischen Fahrgastinformation vor dem Problem, dass für belastbare Verspätungsprognosen auch die Kenntnis über die Lage im motorisierten Individualverkehr (MIV) erforderlich ist. Derzeit gibt es nur vereinzelt eine MIV-Lageerfassung, die vornehmlich auf stationäre Detektoren und Netzmodelle zur Datenvervollständigung aufbaut. Im Vorhaben soll ein kostengünstiges Erfassungsmodul entwickelt werden, das die verkehrliche Umgebung vom Fahrzeug aus erfasst und interpretiert. Aus der Beobachtung, insbesondere des Gegenverkehrs, sollen Verkehrslagebilder von hoher Qualität erzeugt werden. Das Erfassungsmodul wird in Fahrzeuge des Öffentlichen Verkehrs eingebaut, die als Floating Car Observer (FCO) regelmäßig das Straßennetz befahren. Aus der Korrelation der Anwesenheit und Relativgeschwindigkeit des detektierten Fahrzeugs mit der Position und Geschwindigkeit des FCO-Fahrzeugs wird die aktuelle Fahrzeugdichteverteilung auf einem Streckenabschnitt errechnet und der Verkehrszentrale per Funk mitgeteilt. Die ermittelte Verkehrslage wird sowohl für die Verbesserung des betrieblichen Störungsmanagements genutzt als auch über kollektive, individuelle und personalisierte Informationsdienste verbreitet. Basierend auf einem Verkehrsmodell wurde ein Umgebungsmodell entwickelt, in dem mit verschiedenen Erfassungstechniken ausgestattete Fahrzeuge des öffentlichen Verkehrs simuliert und die jeweils ermittelbaren streckenbezogenen Kenngrößen ausgewertet werden können.

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Das Testprojekt sollte durch die Bestimmung von Kenngrößenwerten quantifizierbare Aussagen über die Koexistenz von Funksystemen, die das 2,4 GHz-Frequenzband nutzen, liefern. Demzufolge waren verschiedene Funklösungen zu untersuchen, die auch unterschiedliche Kommunikationsschnittstellen anbieten, an denen die Kenngrößen zu ermitteln sind. Die Testfälle wurden im Wesentlichen durch andere, im selben Frequenzband arbeitende, Fre­quenznutzersysteme bestimmt. Bei der Testdurchführung wurden die Empfehlungen der VDI-Richtlinie 2185 und die Zwischenergebnisse des Funk-Transfer-Tester-Projektes berücksichtigt.

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Bereits im Jahr 2002 wurde im TC2 Communication Profiles WG14 PROFINET IO Integration der PNO mit der Spezifikation eines PROFINET-Realtime-Protokolls begonnen. Die beiden Teile Application Layer Service Definition und Application Layer Protocol Specification bil­den die Grundlage. Das ifak wurde mit dem Update der Basisspezifikation auf Version 2.0, 2.1 und 2.2 beauftragt und stellte den Editor für die Arbeitsgruppe TC2 WG11 PROFINET IO. Im Jahr 2004 wurde der PROFINET IO PAS für die internationale Standardisierung erarbeitet. Im Jahr 2007 wurden die überarbeiteten Dokumente innerhalb der PNO nach der Kommentie­rungs­phase in der Specification for PROFINET , Version 2.2, Oktober 2007, Order No: 2.722 veröffentlicht (Application Layer Protocol und Services for Decentralized Periphery and Distri­buted Automation). Des Weiteren wurden die Dokumente bei der IEC als FDIS (Final Draft International Standard) eingereicht, welche nun im internationalen Standard münden. ifak unterstützt die weiterführenden Arbeiten.

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Im Rahmen des Projektes wird ein Software-Toolkit erstellt, das anhand eines Kriterien­katalo­ges eine objektive Projektbewertung und einen Variantenvergleich von kommunalen Abwasser­reinigungsanlagen unter verschiedenen länderspezifischen Randbedingungen ermöglicht. Das Projekt ist Teil des vom BMBF geförderten Verbundprojekts Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Abwasserbehandlung (C3) und nutzt die Teilergebnisse der anderen Teilprojekte. Umfangreiche Daten aus Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen, Bemessung und Modellierung werden grafisch aufgearbeitet und in geeigneter Weise visualisiert. Weiterhin wird eine Methodik erarbeitet, die es erlaubt, die einzelnen Berechnungsverfahren mit einer offenen Schnittstelle zu verknüpfen. So wird Anwendern die Möglichkeit gegeben, anhand einer verständlichen und visuell ansprechenden Darstellung einem Entscheidungsträger technische und ökonomische Daten sowie die Auswahlkriterien für ein Reinigungsverfahren zu präsen­tie­ren. Diese Informationen werden zusammen mit den grundsätzlichen Prinzipien und Betriebs­weisen des Abwasserreinigungsverfahrens anhand von Grafiken und Animationen vorgestellt. Anforderungen und Randbedingungen an die Abwasser­technik in anderen Ländern, die Wirt­schaftlichkeitsanalyse und die mathematische Modellierung werden in die Software integriert.

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In Anlagen, Maschinen oder anderen technischen Ausrüstungen können Störungen auftreten. Diese müssen so schnell wie möglich beseitigt werden, um den dadurch entstehenden Schaden zu minimieren. Das Projekt beschäftigt sich mit der systematischen Diagnose von Störursachen. Dabei werden Methoden (Bayesische Netze, Expertensysteme) verwendet, die ausgehend von den Störsymptomen die wahrscheinlichsten Ursachen berechnen und gegebenenfalls nach weiteren Diagnosedaten fragen.

Hauptgegenstand der Forschungsarbeiten ist die Suche nach einer geeigneten formalen Be­schrei­bung von Zufalls- oder Faktenvariablen (Symptome, Ursachen) und deren Vernetzungen bzw. Schlussregeln. Im Projekt entstehen notwendige Hilfsmittel, wie z.B. ein Editor zur Eingabe und Pflege von Variablen und Regeln. Außerdem wird prototypisch ein Inferrenzsystem (Diag­nosesystem) entwickelt, mit dem die formalen Beschreibungen getestet werden können. Die Entwicklung von praxisgerechten Bedienoberflächen für Editor und Diagnosesystem, die die methodischen Hintergründe verstecken, stellt eine hohe Herausforderung dar. Weil Experten (Maschinen- / Anlagenhersteller) und Diagnoseanwender (Betriebspersonal) in der Regel räum­lich getrennt sind, ist eine internetbasierte Kommunikation zwischen Editor und Datenbank des Diagnosesystems geplant.

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