H2Giga - Sachbericht zum Verwendungsnachweis

Die Zielstellung von FertiRob war die Entwicklung von Lösungen für eine Automatisierung der Produktionsprozesse in der Fertigung und Montage von Stacks und Elektrolyseuren für die Wasserstoff Produktion. Ziel des Teilvorhabens der Boll Automation war die Evaluierung und Realisierung eines kollaborativen Robotersystems das flexible insbesondere in der Qualitätssicherung eingesetzt werden kann. Zunächst wurden mit den Konsortialpartnern ein Prozessverständnis für alle Prozesse zur Elektrolyseurfertigung aufgebaut. Darauf aufbauend wurden in einer Anforderungs- und Bauteilanalyse geeignete Bauteile identifiziert. Mögliche Bereiche für die kollaborative Robotik im Bereich der Qualitätssicherung sind die Überprüfung von Geometrien und Oberflächen. Weitere Prüfmöglichkeiten sind Eingangsprüfungen (Stückzahl, Anwesenheit, Dichtigkeit), Inline-Prüfungen (Oberflächen, Anzugsmomente) und End-of-Line Prüfungen (Dichtigkeit, Performance). Im Projektverlauf wurde ein cobotbasierter Demonstrator für die Lokalisation von Prüfstellen für die Dichtigkeitsprüfung entwickelt, der im End-of-Line Test eines montierten Elektrolyseurs eingesetzt werden kann. Das cobotbasierte Prüfsystem besteht aus einer mobilen Plattform mit integrierter Steuerungstechnik und einem IPC, einem Cobot und dem Endeffektor der aus notwendigen Kameratechnik, der Nachbildung der Leckagesuchtechnik und einem Halter für diese Technik besteht. Im Projekt konnte gezeigt werden, dass Verbindungsstellen an endmontierten Elektrolyseuren mittels Vision-Technik lokalisiert und mit dem Roboter angefahren werden können. Auf Grund der Verrohrungen zwischen den Komponenten die manuell installiert werden muss ist von Abweichungen bezüglich des Ortes der Prüfstelle von bis zu 35 mm auszugehen. Daher kann keine hartprogrammierte Prüfstelle angefahren werden. Die Automatisierung kann die Kosten für die Qualitätssicherung bei Elektrolyseuren vermindern, da kein Personal für diese Aufgabe eingesetzt werden muss

Projektabschlussbericht

Das Verbundprojekt CampusDynA untersuchte die technischen Möglichkeiten und wirtschaftlichen Potenziale dynamisch anpassbarer 5G-Campusnetze auf Basis von OpenRAN-Technologien. Während der aktuelle Stand von Wissenschaft und Technik zeigt, dass offene Netzarchitekturen eine höhere Flexibilität und Herstellerunabhängigkeit ermöglichen, existieren bislang nur wenige praxisreife Umsetzungen in industriellen Umgebungen. Ziel des Projekts war es daher, den konkreten Mehrwert der dynamischen Netzadaption in Bezug auf Latenz, Bandbreite und Verfügbarkeit zu evaluieren und Anwendungsszenarien mit industrieller Relevanz zu erproben. Im Mittelpunkt standen die Themenfelder autonome mobile Robotik, Ressourceneffizienz von Produktionsanlagen und zivile Sicherheit von Produktionsstätten. Zur Umsetzung wurde ein gemeinsames Anwendungsframework entwickelt, das die bidirektionale Kommunikation zwischen Anwendungen und Netz dynamisch optimiert. Es integriert Frameworks der Robotik, etwa ROS und OPC UA, mit OpenRAN-Komponenten und erlaubt eine spatio-temporale Anpassung der Netzparameter. Die Untersuchungen erfolgten im Testfeld des Werner-von-Siemens-Centre (WvSC) unter realitätsnahen Bedingungen und in enger Abstimmung mit dem Leitprojekt CampusOS, um die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf bestehende Referenzarchitekturen sicherzustellen. Die Evaluierungen zeigten, dass eine dynamische Anpassung von Netzressourcen technisch realisierbar und insbesondere in zeitlich und räumlich variablen Nutzungssituationen funktional vorteilhaft ist. Für alle drei Anwendungsszenarien konnten Demonstratoren aufgebaut werden, wodurch ein verbessertes Verständnis über die Wechselwirkungen zwischen Netzwerkarchitektur und industriellen Applikationen erzielt wurde. Zugleich zeigte sich, dass OpenRAN-Komponenten derzeit noch nicht in einem Reifegrad vorliegen, der eine unmittelbare industrielle Nutzung erlaubt. Die Projektergebnisse liefern jedoch wesentliche Grundlagen für zukünftige Entwicklungen. Sie bilden die Basis für die Weiterentwicklung bestehender Softwarelösungen, sowie für Anschlussforschung im Umfeld von 6G, Edge Computing und resilienten Netzen. Zudem eröffnen sie mittel- bis langfristig neue Perspektiven für Beratungs- und Serviceangebote zur Einführung offener Netzarchitekturen in industriellen Anwendungen. Damit leistet CampusDynA einen Beitrag zur Stärkung der digitalen Souveränität deutscher Industrieunternehmen und legt den Grundstein für neue Geschäftsmodelle im Bereich Robotics-as-a-Service.The joint project CampusDynA investigated the technical possibilities and economic potential of dynamically adaptable 5G campus networks based on OpenRAN technologies. While the current state of science and technology shows that open network architectures enable greater flexibility and vendor independence, only a few practice-oriented implementations in industrial environments exist so far. The project therefore aimed to evaluate the concrete added value of dynamic network adaptation with regard to latency, bandwidth, and availability, and to test application scenarios with industrial relevance. The main focus areas were autonomous mobile robotics, resource efficiency of production systems, and civil safety of industrial sites. To achieve these objectives, a joint application framework was developed to dynamically optimize bidirectional communication between applications and the network. It integrates robotics frameworks such as ROS and OPC UA with OpenRAN components and allows spatio-temporal adaptation of network parameters. The experiments were conducted under realistic conditions at the Werner-von-Siemens Centre (WvSC) and in close coordination with the lead project CampusOS to ensure the transferability of results to established reference architectures. The evaluations demonstrated that dynamic allocation of network resources is technically feasible and functionally advantageous, especially under spatially and temporally variable usage conditions. Demonstrators were successfully implemented for all three scenarios, providing valuable insights into the interaction between network architectures and industrial applications. However, OpenRAN components are currently not yet mature enough for large-scale industrial deployment. The results of CampusDynA provide essential foundations for future development. They support the further enhancement of existing software solutions, follow-up research in the fields of 6G, edge computing and resilient networks, and create mid- to long-term perspectives for consulting and service offerings related to open network architectures in industrial applications. CampusDynA thus contributes to strengthening digital sovereignty in the German industrial sector and lays the groundwork for new business models in the area of Robotics-as-a-Service

Schlussbericht zum Verbundvorhaben: PVtec-Charger - Zuverlässige und kostenoptimierte Ladestationen und vernetzte neue Ladelösungen für die netzdienliche und wirtschaftliche Ladung von Elektrofahrzeugen mit Strom aus erneuerbaren Energien; Teilvorhaben: DC-Funktionsmuster größerer Leistung

Das Ziel des 7. Energieforschungsprogramms "Innovationen für die Energiewende" der Bundesregierung war der tiefgreifende Umbau des Energiesystems, um den Endenergieverbrauch künftig überwiegend aus erneuerbaren Energien zu decken. Ein wichtiger Teil dieses andauernden Umbaus findet dabei durch eine Energiewende im Verkehr und die Förderung von Innovationen im Bereich der Elektromobilität, insbesondere bei Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge, statt. Bereits zum Start des Verbundvorhabens PVtec-Charger waren Ladestationen für Elektrofahrzeuge für unterschiedliche Einsatzbereiche und Anwendungsfälle in einer Vielzahl an Varianten und Leistungsklassen am Markt verfügbar. Diese zeichneten sich jedoch vielfach durch zum Teil sehr hohe Kosten, geringe Optimierung auf bestimmte Anwendungsfälle und unzureichende Systemintegrierbarkeit aus. Um den Ausbau mit Ladeinfrastruktur für Elektromobilität nachhaltig und wirtschaftlich vorantreiben zu können, wurde eine deutliche Kostenreduktion, eine Erhöhung der Zuverlässigkeit, eine optimale Anpassung des Funktionsumfangs auf verschiedene Anwendungsfälle und eine interoperable, netzdienliche Systemintegration als angestrebtes Ergebnis des Verbundvorhabens identifiziert. Der im Verbundvorhaben untersuchte, neuartige Lösungsansatz sollte daher eine Reihe technologischer Innovationen aus der Wechselrichter- und Digitalisierungstechnik sowie eine ganzheitliche Betrachtung von Leistungselektronik auf Baugruppenebene bis hin zur optimalen Integration ins Energiesystem umfassen. Im Rahmen des Teilvorhabens der elexon wurde die Entwicklung und Untersuchung einer innovativen Ladestation mit hoher Leistung für den öffentlichen Raum umgesetzt. Dazu wurden zunächst im Konsortium Rahmenbedingungen und Trends gesammelt und analysiert, sowie typische Anforderungen aus verschiedenen Anwendungsfällen abgeleitet. Auf Basis dessen wurden zukunftsfähige Systemarchitekturen nebst zugehörigen Schnittstellen und optimierte Testverfahren erarbeitet, sowie der Entwicklungsbedarf für einzelne Ladesäulen-Komponenten analysiert. Daraus abgeleitet wurde dann ein Konzept für eine funktional erweiterte und optimierte Ladestation großer Leistung für den öffentlichen Raum erarbeitet, als Funktionsmuster umgesetzt und im Labor, sowie im Power-Hardware-in-the-Loop (PHiL) Prüfstand der RWTH Aachen, untersucht. Das entwickelte Funktionsmuster eines 75 kW Leistungsteils mit variabel seriell oder parallel verschaltbaren Modulen wurde in beiden Betriebsarten (seriell, parallel) erfolgreich auf stabile Funktionalität getestet. Erste Messungen an einer Ladesäule in emulierten Testszenarien im PHiL-Prüfstand konnten einen regulären Normalbetrieb abbilden, zeigten allerdings, dass die Ladesäule derzeit noch empfindlich auf Netzfehler reagiert. Zudem konnten EMV-Messungen im Labor zeigen, dass auch ohne zusätzliche aufwändige Entstörmaßnahmen die Anforderungen eingehalten werden konnten, was potenzielle Kostensenkungen auf Systemebene von bis zu 5% zur Folge haben kann. Die im Verbundvorhaben entwickelte optimierte Architektur kann zudem weitere Einsparungen auf Systemebene ermöglichen

Abschlussbericht

Als zentraler Bestandteil der klinischen Untersuchung ermöglicht die Auskultation der Lungengeräusche mittels Stethoskop die Erkennung pulmonaler Erkrankungen. Ihr Hauptproblem liegt jedoch in ihrer Subjektivität: Die Beurteilung hängt stark vom individuellen Hörvermögen und der persönlichen Erfahrung des untersuchenden Facharztes ab. Das Ziel des Verbundprojekts DigitaLung besteht darin, die Machbarkeit eines fortschrittlichen Machine Learning-gestützten digitalen Auskultationssystems zu demonstrieren, um weniger erfahreneren Ärztinnen und Ärzten bei der Diagnose zu unterstützen und die Gesundheitsversorgung von Patienten nachhaltig zu verbessern. Das System nutzt multimodale Sensortechnik, um die Diagnose von Atemwegserkrankungen wie Bronchitis, Pneumonie, Asthma, COPD und COVID-19 zu verbessern

Abschlussbericht

Das Projekt RESCHEDULE (RESilient to Climate CHange Extremes MeDiterranean AgricUltural Systems) hatte das Ziel, landwirtschaftliche Systeme widerstandsfähiger gegenüber den Folgen des Klimawandels zu machen. Besonders betroffen ist der Mittelmeerraum, in dem zunehmende Hitzeperioden, geringere Niederschläge und häufigere Extremereignisse die Produktivität von Agrarsystemen gefährden. Bereits vor Projektbeginn war bekannt, dass Bodengesundheit und die im Boden lebenden Mikroorganismen eine Schlüsselrolle für die Stabilität von Agrarsystemen spielen, unter anderem durch die Speicherung von Kohlenstoff, die Regulierung des Wasserhaushaltes und die Unterstützung des Pflanzenwachstums. An diesen wissenschaftlichen Erkenntnissen knüpfte RESCHEDULE an. RESCHEDULE war ein internationales Projekt mit Partnern aus Deutschland, Italien, Griechenland, Tunesien und Portugal dessen Erfolg maßgeblich von der engen Zusammenarbeit geprägt war. Der deutsche Beitrag, koordiniert durch das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, stellte mit der "Global Change Experimental Facility" (GCEF) eine einzigartige Forschungsplattform, die es erlaubt, zukünftige Klimabedingungen experimentell nachzustellen. Die Partner im Mittelmeerraum ergänzten diese Daten durch Feldversuche in Regionen, die bereits heute unter realer Wasserknappheit und intensiver Hitze leiden. Dadurch entstand ein Datenfundament, das die Vergleichbarkeit zwischen unterschiedlichen Klimazonen gewährleistete und die Übertragbarkeit der Ergebnisse erheblich steigerte. In unterschiedlichen Bewirtschaftungssystemen (konventionell, ökologisch, ertragsorientiert, biodiversitätsorientiert) wurden die Auswirkungen der landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsweise auf Bodeneigenschaften, Pflanzenproduktivität und mikrobielle Prozesse untersucht. So konnte systematisch analysiert werden, wie landwirtschaftliche Managementmaßnahmen die Widerstandsfähigkeit von Agrarsystemen gegenüber Stressfaktoren beeinflussen. Die internationale Kooperation in RESCHEDULE wurde durch regelmäßige Treffen, gemeinsame Datenanalysen und die Erstellung gemeinsamer wissenschaftlicher Publikationen intensiviert. Dieser kontinuierliche Austausch ermöglichte es, Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen den Standorten herauszuarbeiten und die jeweiligen methodischen und wissenschaftlichen Stärken der Partner optimal zu nutzen. Die deutsche Expertise in Langzeitexperimenten und molekularbiologischen Analysen verband sich so mit der Erfahrung der mediterranen Partner im Umgang mit wasserlimitierten Agrarsystemen. Ein zentrales Ergebnis dieser Zusammenarbeit war die Entwicklung eines „Decision Support Systems“, das Landwirten des Mittelmeerraumes adaptive Empfehlungen für nachhaltige Bewirtschaftungsstrategien bietet. Hier flossen die experimentellen Daten aus dem GCEF ebenso ein wie die Beobachtungen der mediterranen Partner. Auf diese Weise entstand ein praxisorientiertes Werkzeug, das die wissenschaftlichen Ergebnisse des Projekts in konkrete Handlungsmöglichkeiten übersetzt und damit sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene Nutzen stiftet

Schlussbericht zum Vorhaben

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Schlussbericht

Das Teilvorhaben im Verbundprojekt „TIRIKA – Technologien und Reparaturverfahren für nachhaltige Luftfahrt in Kreislaufwirtschaft“ zielte darauf ab, innovative Ansätze zur Optimierung der additiven Fertigung (AM) zu entwickeln, um Ressourceneffizienz, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit zu steigern. Dabei wurden digitale und technische Lösungen erforscht, um die additive Fertigung als Schlüsseltechnologie weiterzuentwickeln. Die Projektarbeit gliederte sich in drei zentrale Arbeitspakete: Arbeitspaket 3.1 – Nachhaltige additive Fertigung. Ein Schwerpunkt lag auf der Entwicklung ressourceneffizienter Parameter für die Fertigung von Ti6Al4V-Bauteilen durch pulverbettbasiertes Schmelzen von Metall mittels Laserstrahl (PBF-LB/M). Die Prozessparameter beschleunigen den Druckprozess um 40 %, erzielen eine hohe Materialdichte und reduzieren nachweislich die CO2-Emissionen. Die Validierung ergab jedoch kleinere Abweichungen bei der Bruchdehnung (9 % statt 10 %). Ergänzend wurden Strategien zur Reduktion von Supportstrukturen sowie Methoden für ein effizientes Post-Processing erarbeitet, darunter automatisierte Verfahren wie Kugelstrahlen, elektrochemische Supportentfernung, sowie das Trockeneisstrahlen. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Verbesserung der Effizienz und Ressourcenoptimierung. Arbeitspaket 3.3 – Materialkreislauf für die additive Fertigung. Im Rahmen dieses Arbeitspakets wurden Konzepte zur Wiederverwertung von Materialien entwickelt. Besonders hervorzuheben ist die Optimierung der Wiederverwendbarkeit von PA12-Pulver für die SLS-Produktion. Durch ein optimales Mischverhältnis von 80 % recyceltem und 20 % neuem Pulver konnte die Luftfahrtanforderung bis zum vierten Buildzyklus erfüllt werden. Die Erkenntnisse tragen zur Reduzierung von Materialkosten und Abfällen bei und unterstützen die Umsetzung von Kreislaufwirtschaft in der additiven Fertigung. Arbeitspaket 3.4 – Digitaler Kreislaufprozess. Das Ziel war die Entwicklung eines End-to-End-Workflows für die additive Fertigung, der digitale Prozesse nahtlos miteinander verknüpft und eine Automatisierung ermöglicht. Ein neuer Cloudservice zur automatischen Supporterzeugung wurde erfolgreich an die „AM One“-Plattform von Airbus angebunden, sodass eine Buildsimulation ohne manuelle Vorbereitungsschritte möglich ist. Die interaktive Kostenberechnung wurde über ein Plugin in Materialise Magics zur automatischen Erfassung der Bauteilmaße optimiert. Beide Workflows konnten erfolgreich bei Airbus demonstriert werden. Ein Softwareprototyp zur automatischen Bauvorbereitung, der die Bauteilorientierung unter Berücksichtigung der Druckbarkeit optimiert und Supportstrukturen an Kanten und Flächen platziert, wurde entwickelt und in der Metallproduktion der Materialise GmbH evaluiert. Im realen Betrieb konnte der Aufwand um ca. 40 % reduziert werden. Zusätzlich wurden Prädiktionsmodelle zur Schätzung der Dauer von Produktionsschritten (Bauzeit, manuelle Oberflächenbearbeitung) trainiert, die eine effiziente Produktionsplanung und optimierte Angebotserstellung unterstützen. Fazit. Die gesetzten Ziele wurden in AP 3.3 und 3.4 vollständig erreicht, in AP 3.1 konnten nicht alle Anforderungen erfüllt werden. Die Lösungen fördern die Effizienz, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit der additiven Fertigung und tragen zur Etablierung ressourcenschonender und wirtschaftlicher Produktionsmethoden bei. Die Ergebnisse bieten großes Potenzial für die industrielle Anwendung und wurden bereits erfolgreich am Standort Bremen in Produkte überführt (Magics Automation Module) bzw. befinden sich im Ergebnistransfer (Methoden zur automatischen Orientierungsoptimierung und Supporterzeugung). Datei-Upload durch TI

Abschlussbericht

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