Mit autonomen Landmaschinen zu neuen Pflanzenbausystemen

Ziel des Projektes war es, Szenarien zu künftigen Pflanzenbausystemen auf Basis autonomer Landmaschinen zu entwickeln und Fragestellungen für künftige Gestaltung dieses Forschungsfeldes abzuleiten. Es wurde untersucht, wie derzeitige Entwicklungen in den Bereichen Automatisierung und Digitalisierung genutzt werden können, um heutige Pflanzenbausysteme weiterzuentwickeln und nachhaltiger zu gestalten. In einem ersten Schritt wurde hierfür ein Szenario mit autonomen Großmaschinen entwickelt und bewertet. Es zeigt sich, dass aus rechtlichen und technischen Gesichtspunkten mit Ausnahme der Ernte alle Verfahrensschritte autonom darstellbar sind. Allerdings ergaben sich sowohl ökonomisch als auch pflanzenbaulich keine wesentlichen Verbesserungen im Vergleich zu heutigen Verfahren. In einem zweiten Schritt wurde daher ein Szenario für die Weizenproduktion mit kleinen autonomen Landmaschinen konzipiert. Hierfür wurden die Anforderungen der Maschinen aus dem Pflanzenbau abgeleitet. Als wichtige Kennwerte wurden der Leistungsbedarf, das Gewicht oder die Flächenleistung der Maschinenkonzepte abgeleitet und ökonomisch bewertet. Hierfür wurden auf Basis der künftig zu erwartenden Herstellungskosten der Ma-schinen, der voraussichtlich verfügbaren Feldarbeitstage, die Anzahl erforderlicher Kleinmaschinen sowie deren Kosten abgeleitet. Es zeigte sich, dass die Arbeitserledigungskosten der Kleinmaschinen auf Niveau heutiger Kosten liegen können. Aus pflanzenbaulicher Sicht gilt es künftig zu untersuchen, welche Pflanzen wie auf dem Acker kombiniert werden sollten. Aus technischer und ökonomischer Sicht ist die optimale Maschinengröße einzelner Verfahren zu klären. Weiterhin sollte untersucht werden, ob ein modularer Aufbau der Kleinroboter realisiert werden kann, um einzelne Bauteile in verschiedenen Verfahren einsetzen zu können und die Maschinenkosten weiter zu senken

Social Manufacturing and Logistics

This paper is dealing with the ongoing debate of the digitization of german industry, the so-called „Industrie 4.0“, and its social consequences. The discussed new technologies like cyber-physical production systems, autonomous logistic systems and smart devices are about to get integrated in work places, that are embedded in existing organizational and social structures, thus making ‘complementary innovations’ and a coordinated design necessary. Our paper presents a human-centered design of industrial labor in a framework depicting the dilemma between what is techno-logically feasible and labor-politically desirable, under the constraint of an economically reasonable design of work and technology. The analytical approach is the “socio-technical system” which as-sumes that there are certain varieties of organizational design at the interfaces of its sub-systems ‘technology’, ‘human’ and ‘organization’. These considerations are transformed into a framework, called Social Manufacturing and Logistics, which brings together these perspectives and leads to a complementary holistic design of industrial labor under the conditions of a progressive digitization of manufacturing. Its characteristics are: hybrid interaction between human and machine, flexible integrated work and decentralized systems. Finally, we outline some organizational and social con-ditions to realize such a framework

Human Autonomy Teaming - The Teamwork of the Future

Dies ist ein Herausgeberwerk.Der Zusammenarbeit von Mensch und Technik kommt angesichts technologischer Fortschritte eine immer größere Bedeutung zu. Das Human Autonomy Teaming (HAT) birgt in diesem Zusammenhang als neue Form der Teamarbeit zwischen menschlichen Teammitgliedern und technischen Einheiten, sogenannten autonomen Agenten, ein großes Potenzial. Der Mensch kooperiert mit seinem technischen Teammitglied und wird von diesem bei gemeinsamen Aufgaben im Team unterstützt. Beide Akteure ergänzen sich mit ihren individuellen Stärken gegenseitig im Team. In diesem Buch sind aktuelle Themen im Rahmen des HAT für Forscher/innen und Praktiker/innen übersichtlich aufbereitet, um gemeinsam zur erfolgreichen Umsetzung autonomer Agenten als Teammitglied des Menschen im Sinne eines HAT beitragen zu können. In Kapitel 1 wird in das Thema eingeleitet, grundlegende Definitionen und Modelle für das gesamte Werk vorgestellt sowie die Potentiale des HAT aufgezeigt. Kapitel 2 thematisiert menschliche und technische Anforderungen für erfolgreiches HAT, bevor in Kapitel 3 näher auf die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Technik und die damit einhergehenden Stärken und Schwächen eingegangen wird. Kapitel 4 liefert Einblicke in aktuelle Anwendungsgebiete des HAT. Abschließend werden in Kapitel 5 zukünftige Entwicklungen des HAT diskutiert. As a result of technological advances, collaboration between humans and technology is becoming increasingly important. In this context, Human Autonomy Teaming (HAT), as a new form of teamwork between humans and technology, so-called autonomous agents, has great potential and offers many possibilities in research and application. Both team members complement each other with their individual strengths striving to achieve a common goal. In this book, current topics within the framework of the HAT are clearly presented for researchers and practitioners in order to be able to jointly contribute to the successful implementation of autonomous agents as team members in the sense of HAT. Chapter 1 introduces the topic, basic definitions and models for the entire work, and shows the potential of HAT. Chapter 2 deals with human and technological requirements for successful HAT, before chapter 3 goes into more detail on the cooperation between humans and technology and the associated strengths and weaknesses. Chapter 4 provides insights into current fields of application of HAT. Finally, in Chapter 5, future developments of HAT are discussed

Internet der Dinge

Dieser Kurs bietet die Einführung zum Thema Internet der Dinge (engl. IoT, Internet of Things). In den ersten Kapiteln werden grundlegende Informationen über IoT präsentiert. Danach folgt die Beschreibung des im IoT am häufigsten eingesetzten Internetprotokolls IPv6, der wichtigsten Anwendungen, des jetzigen Zustands auf dem Markt und der Technologien, welche die Existenz von IoT an sich erlauben. Schließlich werden die wesentlichsten künftigen Herausforderungen behandelt.Peer ReviewedPostprint (published version

Skill and ability graphs as basis for a safe operation of automated vehicles in public traffic in urban environments

In der vorliegenden Arbeit wird ein Beitrag zur Sicherheit automatisierter Fahrzeuge für den öffentlichen Straßenverkehr geleistet. Im ersten Teil werden die Rahmenbedingungen für automatisierte Fahrzeuge betrachtet und wesentliche Begriffe definiert. Im Fokus steht dabei eine Betrachtung der Automatisierungsgrade für automatisierte Fahrzeuge. Der Stand der Forschung zur Automatisierung von Fahrzeugen schließt diesen Teil. Im zweiten Teil wird der Entwicklungsprozess nach Norm ISO 26262 betrachtet und auf automatisierte Fahrzeuge angewendet. Hierfür werden die Prozessschritte zur Erstellung einer Item-Definition für das vollständig automatisierte Fahrzeug auf Abruf als Anwendungsfall des automatisierten Fahrens in der Stadt exemplarisch durchgeführt. Da eine vollständige Item-Definition mit einer Betrachtung von allen Szenarien im Rahmen einer Dissertation nicht erstellt werden kann, werden ausgewählte pathologische Szenarien genutzt, um die Anforderungen abzuleiten. Zusätzlich werden Fertigkeitengraphen zur Modellierung von Fahrzeugführungssystemen in die Konzepthase integriert. Diese ermöglichen eine Modellierung des Systems angelehnt an die Aktivitäten, die ein Mensch bei der Fahrzeugführung ausführt. Im dritten Teil wird ein funktionales Sicherheitskonzept entwickelt, das den Betrieb von automatisierten Fahrzeugen im städtischen Straßenverkehr ermöglichen soll. Als erster Schritt wird eine Gefährdungsanalyse und Risikobewertung für die pathologischen Szenarien des vollständig automatisierten Fahrzeugs auf Abruf durchgeführt. Als Ergebnis stehen die Sicherheitsziele zur Verfügung. Das funktionale Sicherheitskonzept setzt diese Sicherheitsziele durch eine Selbstwahrnehmung und Selbstrepräsentation des automatisierten Fahrzeugs um. Die Selbstrepräsentation wird durch eine Überführung des Fertigkeitengraphen in einen Fähigkeitengraph erreicht. In diesem werden aggregierte Gütemaße berechnet, die ein Abbild der aktuellen Leistungsfähigkeit des automatisierten Fahrzeugs unter Berücksichtigung der aktuellen Situation ermöglichen. Die Selbstrepräsentation kann anschließend als Eingangsgröße für Fahrentscheidungen genutzt werden. Die Erhaltung eines sicheren Zustands wird durch die funktionale Degradation erreicht und durch Selbstheilung kann sich die Leistungsfähigkeit im Betrieb verbessern.This work contributes to the safety of automated road vehicles for public traffic. The first part covers surrounding conditions for automated vehicles and important terms are defined. Especially automation levels for automated vehicles are focused. The state of research for vehicle automation closes this part. The second part considers the development process according to the ISO 26262 standard and its applicability to automated vehicles. The development steps to create an Item Definition for a fully automated vehicle on demand as an example of automated driving are applied. A complete Item Definition covering all scenarios is not feasible in a single dissertation. Thus, part two uses selected pathological scenarios to deviate requirements. Additionally, skill graphs to model vehicle guidance systems are integrated into the concept phase. Theses graphs allow a modeling of systems adapted from the activities performed by humans while driving. In the third part a functional safety concept is developed. This should enable the operation of automated vehicles in public traffic. As a first step, a hazard identification and risk assessment for the pathological scenarios of the fully automated vehicle on demand is performed. This results in safety goals, which need to be fulfilled by the resulting system. The functional safety concept implements the safety goals by introducing a self-perception and a self-representation for automated vehicles. The self-representation is achieved with a transfer of the skill graph to an ability graph. In the ability gaph, aggregated performance metrics are calculated, which create a representation of the current performance capabilities of the automated vehicle in respect to the current driving situation. The resulting self-representation can then be used as an input to the driving decisions. The preservation of a safe operating state is reached by functional degradation. With self-healing, the performance capabilities can be improved

Zukunft der Arbeit in Industrie 4.0

Industrial and Production Engineering; Robotics and Automation; Engineering Economics, Organization, Logistics, Marketing; Manufacturing, Machines, Tools; Information Systems Applications (incl. Internet

Präventive Regulierung autonomer Waffensysteme: Handlungsbedarf für Deutschland auf verschiedenen Ebenen

Autonome Waffensysteme bzw. Waffensysteme mit autonomen Funktionen - sogenannte Lethal Autonomous Weapon Systems (LAWS) - sind Waffen, die keine menschliche Intervention für die Auswahl und Bekämpfung des Ziels benötigen. Ermöglicht wird dies durch neuere Entwicklungen bei Sensor­technik, Rechenleistung und Softwarefähigkeiten. Besonders relevant sind hierbei mathematische Verfahren, die häufig unter dem Begriff "künstliche Intelligenz" zusammengefasst werden. Anja Dahlmann und Marcel Dickow beleuchten die Debatte um die Regu­lierung von LAWS auf internationaler, europäischer und nationaler Ebene und leiten daraus Handlungsempfehlungen für Bundestag und Bundes­regierung ab. Dabei haben sie drei Perspektiven im Blick: die technologisch-operationale, die rechtliche und die ethische. Die Autorin und der Autor argumentieren, dass die Bundesregierung, um ihrem Anspruch auf internationale Ächtung von LAWS gerecht zu werden, zunächst den Begriff "menschliche Kontrolle" ausdifferenzieren sollte, beispielsweise in einem Strategiedokument des Bundesministeriums der Verteidigung. Ziel sollte sein, eine Regulierung von Entwicklung und Einsatz von LAWS zu ermöglichen - und zwar auf internationaler Ebene - und damit das Thema militärische Robotik politisch handhabbar zu machen. Der völkerrechtliche Verhandlungsrahmen zur Regulierung von LAWS ist derzeit die Waffenkonvention der Vereinten Nationen. Ein Gemeinsamer Stand­punkt der EU-Mitgliedsstaaten, welcher die menschliche Kontrolle ein­fordert oder - besser noch - Vorschläge zu deren Ausgestaltung macht, könnte einen entscheidenden Einfluss auf die Verhandlungen haben. (Autorenreferat

Stand und Perspektiven der militärischen Nutzung unbemannter Systeme. Endbericht zum TA-Projekt

Unbemannte Systeme (UMS) haben sich in vielen Streitkräften umfassend und fest etabliert. Sie eröffnen in wichtigen Dimensionen des militärischen Fähigkeitsspektrums Kosten-, Effektivitätsund Sicherheitsvorteile oder erschließen neuartige Optionen auf dem Gefechtsfeld. Dazu gehören beispielsweise länger andauernde Einsätze im Vergleich zu bemannten Systemen, reduzierte Gefährdung der Soldaten oder die Möglichkeit zu einer umfassenden Aufklärung in hochriskanten Einsatzumgebungen. Die Entwicklung von UMS steht im Zusammenhang mit Fortschritten in zahlreichen Technologiefeldern und eröffnet ökonomische Potenziale, die über den militärischen Bereich hinausgehen. Spätestens seit dem tausendfachen Einsatz luftgestützter bewaffneter Drohnen im Irak und in Afghanistan verbinden sich mit UMS aber auch sicherheits-, rüstungskontrollpolitische und völkerrechtliche Herausforderungen. Der TAB-Bericht beschreibt den Stand der Entwicklung und militärischen Nutzung unbemannter Systeme zu Luft, Land und See im nationalen und internationalen Kontext und gibt eine Übersicht heutiger und künftiger Schlüsseltechnologien für die Entwicklung von UMS. Darüber hinaus thematisiert er die ökonomische Dimension unbemannter Systeme im wehrtechnischen und zivilen Teilmarkt des nationalen und internationalen Wirtschaftssystems, um darauf aufbauend die zivilen Innovations- und Einsatzpotenziale von UMS zu analysieren. Der Bericht ordnet unbemannte Systeme auch in den durch Rüstungs- und Rüstungsexportkontrollverträge sowie völkerrechtliche Normen gespannten Rechtsrahmen ein und nimmt eine Bestandsaufnahme der geltenden Verträge im Hinblick auf ihre Relevanz für UMS vor, um abschließend den politischen wie gesellschaftlichen Informations- und Diskussionsbedarf aufzuzeigen. INHALT ZUSAMMENFASSUNG 5 I. EINLEITUNG 19 1. Beauftragung 20 2. Aufbau des Berichts 20 3. Zusammenarbeit mit Gutachtern 23 II. UNBEMANNTE SYSTEME: EIN ÜBERBLICK 25 1. Definition und Abgrenzung 25 2. Kategorien 28 3. Unbemannte fliegende Systeme 32 3.1 UAVs in Deutschland 34 3.2 Weitere UAV-Aktivitäten 44 3.3 UAVs in den USA 46 4. Unbemannte Bodensysteme 49 4.1 UGVs in Deutschland 50 4.2 UGVs in den USA 54 5. Unbemannte Systeme zu Wasser 59 5.1 USVs/UUVs in Deutschland 62 5.2 UUVs/USVs in den USA 64 III. UNBEMANNTE SYSTEME IN DER BUNDESWEHR: KONZEPTE, EINSATZSZENARIEN, FÄHIGKEITEN 69 1. Bundeswehrgemeinsame Konzepte 70 1.1 Konzeptioneller Rahmen 70 1.2 Einsatzhintergründe und Ziele 72 2. Unbemannte Systeme der Streitkräftebasis 75 2.1 Konzepte 75 2.2 Einsatzhintergründe 75 2.3 Fähigkeiten und Systeme 76 3. Unbemannte Systeme im Heer 77 3.1 Konzepte 77 3.2 Einsatzhintergründe und Fähigkeiten 77 3.3 Systeme 81 4. Unbemannte Systeme der Marine 84 4.1 Konzepte 85 4.2 Einsatzhintergründe 86 4.3 Fähigkeiten und Systeme 89 5. Unbemannte Systeme der Luftwaffe 90 5.1 Konzepte 90 5.2 Einsatzhintergründe 92 5.3 Fähigkeiten und Systeme 95 IV. TECHNOLOGIEN UND SYSTEME 99 1. Technologien 99 1.1 Antrieb und Energieversorgung 100 1.2 Leitsysteme 106 1.3 Navigation 108 1.4 Planungssysteme 109 1.5 Datenübertragung/Kommunikation 111 1.6 Nutzsensorik 113 1.7 Autonomie 116 2. Querschnittstechnologien 120 2.1 Informationstechnologie und Elektronik 120 2.2 Neue Materialien 122 2.3 Biotechnologie und Biomimetik 124 2.4 Nanotechnologie/Mikrosystemtechnik 124 2.5 Zukunftsperspektiven von Querschnittstechnologien 125 3. Einsatzszenarien und Systementwicklungen in der Zukunft – ein Ausblick 126 3.1 Komplexität von Missionen und Systemen 126 3.2 Zukünftige Systeme in ausgewählten Szenarien 128 V. ÖKONOMISCHE ASPEKTE UNBEMANNTER SYSTEME 141 1. Märkte 141 2. Kosten und Kostenvergleiche 147 2.1 Anmerkungen zu Kostenarten und Kostenelementen 147 2.2 Beispielhafte Einsatz- und Kostenvergleiche 150 3. Perspektiven ziviler Anwendungen 156 4. Unbemannte Systeme als Innovationen 161 4.2 Innovationsblockaden und -perspektiven 164 4.3 Unbemannte Systeme und nationale wehrtechnische Fähigkeiten 170 VI. UNBEMANNTE SYSTEME IM LICHT VORBEUGENDER RÜSTUNGSKONTROLLE 175 1. Rüstungs- und Exportkontrollverträge und ihre Relevanz für unbemannte Systeme 177 1.1 Rüstungskontrollverträge 177 1.2 Multilaterale Vereinbarungen zur Exportkontrolle 187 2. Völkerrechtliche Aspekte des Einsatzes von unbemannten Systemen im bewaffneten Konflikt 193 2.1 Prüfungspflicht (Artikel 36 ZP I) 194 2.2 Einsatz von unbemannten Systemen für Aufklärungszwecke 195 2.3 Bewaffnete unbemannte Systeme 196 3. Sicherheits- und rüstungskontrollpolitische Folgen einer breiten Einführung von unbemannten Systemen 207 3.1 Gründe für eine rüstungskontrollpolitische Bewertung 207 3.2 Beurteilung unter Stabilitätsaspekten 208 3.3 Nutzung durch substaatliche Akteure 213 3.4 Exkurs: unbemannte fliegende Systeme und konventionelle Bomben 215 VII. INFORMATIONS- UND DISKUSSIONSBEDARF, HANDLUNGSFELDER 217 LITERATURVERZEICHNIS 229 1. In Auftrag gegebene Gutachten 229 2. Weitere Literatur 22

Autonomie im Internet der Dinge: Anforderungen an die Gestaltung autonomer Agenten in Cyber-physischen Systemen

Durch die Digitalisierung in Gesellschaft und Industrie findet eine wachsende Autonomisierung bzw. Automatisierung der Wertschöpfungssysteme über Sensoren und Effektoren, sogenannte Cyber-physische Systeme, statt. Diese Automatisierung erlaubt eine schnellere und häufig auch fehlerfreiere Arbeit in vernetzten Systemen, bspw. im Bereich Industrie 4.0. Es ist derzeit allerdings weder möglich noch sinnvoll jedweder Maschine volle Autonomie zu gewähren, so dass es nötig ist, genau zu definieren, in welchem Rahmen und mit welchen Zielen eine Maschine selbstbestimmt handeln darf. Allerdings gibt es für die Gestaltung von autonomen Maschinen im CPS derzeit keinen allgemein anerkannten Ansatz oder Methodik, wie solch ein Autonomie-Konzept umgesetzt werden könnte. Basierend auf einer Literaturanalyse der IT-Autonomie-Forschung werden 12 Anforderungen für die Umsetzung von autonomen Agenten in CPS erarbeitet. Es werden die Eigenschaften eines Agenten sowie dessen Interaktion mit dem Menschen über Autonomiestufen detailliert aufgearbeitet. Das resultierende Meta-Modell kann als Basis für die Gestaltung von Agenten, bspw. über eine Modellierungssprache, dienen