Absicherung hochautomatisierten Fahrens durch passiven virtuellen Dauerlauftest

Die Entwicklung des hochautomatisierten Fahrens (HAF) schreitet in hoher Geschwindigkeit voran. Verschiedene Fahrzeughersteller haben erste Derivate mit automatisierten Fahrfunktionen, die keine Überwachung durch den Fahrer mehr erfordern, für die kommenden Jahre angekündigt. Es fehlt allerdings noch der Sicherheitsnachweis, dass HAF eine insgesamt positive Risikobilanz gemäß den Anforderungen der vom deutschen Verkehrsministerium eingesetzten Ethik-Kommission hat und somit durch die Einführung dieser Funktion die allgemeine Gefahr von Personenschäden im Straßenverkehr nicht zunimmt. Die aktuell verfügbaren Ansätze zur Erbringung eines Sicherheitsnachweises für Assistenzsysteme sind für HAF ungeeignet. Die wenigen theoretisch möglichen Methoden wie ein Nachweis durch Dauerlauftest sind mit unrealistisch hohem Kosten- und Zeitaufwand verbunden und somit nicht industriell einsetzbar. In dieser Arbeit wird daher eine neue Absicherungsmethode erarbeitet, die einen Beitrag zum Schließen dieser Lücke leistet. Bei heutigen Entwicklungen von Fahrerassistenzfunktionen kommen nicht-statistische Absicherungsmethoden zum Einsatz. Die Komplexität der Absicherungsaufgabe wird bei diesen dadurch deutlich reduziert, dass ein wesentlicher Teil des Sicherheitskonzepts auf der permanenten Überwachung der Funktion durch den menschlichen Fahrer beruht, der in kritischen Situationen eingreifen muss. Eine Absicherung ist daher nur noch hinsichtlich der Beherrschbarkeit durch den Fahrer notwendig. Die Fahrerüberwachung kann beim HAF nicht vorausgesetzt werden, sodass die HAF-Funktion selbst alle auftretenden Situationen bis zu einer Fahrerübernahme beherrschen muss. Zusammen mit der großen Situationsvielfalt und dem Einsatz maschinell trainierter Algorithmen erhöht dies die Komplexität der Absicherungsaufgabe in einem Maße, dass die bisher genutzten Absicherungsverfahren an ihre Grenzen stoßen. Dies motiviert den Ansatz "`passives HAF"\u27 zur statistischen Absicherung des hochautomatisierten Fahrens. Grundidee dieses Ansatzes ist es, einen Teil der jedes Jahr von menschlichen Fahrern gefahrenen Kilometer zur Absicherung zu nutzen, indem ein Teil der Fahrzeuge zusätzlich mit den für HAF erforderlichen Sensoren und Steuergeräten ausgestattet wird. Diese entsprechen dem für den späteren Kundeneinsatz vorgesehen Umfang der HAF-Funktion bis zu der Stelle, an dem Steuer- und Regeleingriffe in die Aktorik des Fahrzeugs erfolgen. Statt der Umsetzung der vorgegebenen Stellgrößen durch die Fahrzeugaktorik wird der Ausgang der HAF-Funktion mit den vom menschlichen Fahrer tatsächlich durchgeführten Fahrhandlungen verglichen. Die Funktion läuft somit nur "`passiv"\u27 im Hintergrund mit, sodass aus fehlerhaften Aktorvorgaben kein Sicherheitsrisiko resultierten kann. Hierdurch entsteht ein offener Regelkreis, sodass der weitere Verlauf des Szenarios bei Eingriff der HAF-Funktion zunächst unbekannt ist. Der Regelkreis wird geschlossen, indem immer dann anhand der durch die Sensorik aufgenommenen Daten ein Simulationsszenario generiert wird, wenn die Fahrhandlungen vom HAF und menschlichem Fahrer voneinander abweichen. Anhand der Simulation kann überprüft werden, ob die geplante Handlung des HAF zu einer kritischen Situation geführt hätte. Zur Erhöhung der Validität der Simulation werden individualisierte Fahrermodelle verwendet, deren Entwicklung und Zuordnung Teil der entwickelten Methode ist. Ziel des Ansatzes ist die Nutzung der im realen Straßenverkehr vorkommenden Szenarien als Ausgangspunkt für die Absicherung des HAF mittels Simulation und anschließender Kritikalitätsanalyse. So kann fehlerhaftes Fahrverhalten erkannt und für eine Verbesserung der Funktion verwendet werden. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass mit Hilfe dieser Methode fehlerhafte Fahrentscheidungen des HAF gefunden werden können, welche bei aktivem Funktionsausgang zu kritischen Situationen geführt hätten. Vorteile der Methode sind, dass eine gefahrlose und vergleichsweise kostengünstige und zeiteffiziente Absicherung möglich ist, die aufgrund der Nutzung realer Verkehrsszenarien eine hohe Validität aufweist

Absicherung hochautomatisierten Fahrens durch passiven virtuellen Dauerlauftest

Die HAF-Funktion muss alle potentiellen Situationen bis zu einer Fahrerübernahme beherrschen. Bisher übliche Absicherungsverfahren stoßen dabei an ihre Grenzen. Dies motiviert den Ansatz „passives HAF“ zur statistischen Absicherung des hochautomatisierten Fahrens. Dabei werden reale Fahrszenarien in die Simulation überführt und dort die Sicherheit des HAF bewertet

Methodik zur effizienten Applikation automatisierter Fahrfunktionen

Komplexer werdende Fahrerassistenzsysteme, steigende Kundenanforderun- gen und eine wachsende Derivatevielfalt stellen die fahrzeugbasierte Appli- kation vor neue Herausforderungen. Um dem gestiegenen Ressourcenaufwand gerecht zu werden, wird im Rahmen dieser Arbeit eine Methodik vorgestellt, welche das konventionelle Verfahren mit Simulationsmodellen und Ansätzen zur virtuellen Komplexitätsreduktion sowie Optimierung ergänzt. Die beschriebene Applikationsmethodik basiert auf einem neuartigen Fahr- zeugmodell, welches kurze Feedback-Schleifen zur Absicherung manuell ge- fundener Bedatungen und simulative Parameterstudien mit vertretbarem Re- chenaufwand ermöglicht. Durch den Aufbau als Kombination aus analytischem Einspurmodell und neuronalem Netz kann die Komplexität und damit Rechen- zeit gering gehalten und gleichzeitig eine hohe Prädiktionsgüte erreicht werden. Um den Anteil fahrzeugbasierter Applikationen zu senken, wird darüber hinaus eine Methodik zur Komplexitätsreduktion des Parameterraums und Erhöhung des Systemverständnisses basierend auf Sensitivitätsanalysen vorgestellt. Mit Hilfe des dadurch verkleinerten Suchraums erfolgt im Anschluss eine simula- tive Optimierung und Bereitstellung von Anfangsparametrierungen mit hohem Reifegrad für weitergehende Applikationen im Fahrversuch. Neben der Vor- stellung und Erprobung für das Problem geeigneter Optimierungsmethoden erfolgt eine Bewertung der Übertragbarkeit auf den Fahrversuch mit Robust- heitsanalysen. Die Methodik trägt dazu bei, den hohen Aufwand fahrzeugbasierter Applika- tionen zu senken und gleichzeitig den Prozess zu systematisieren. Entgegen vergleichbarer Ansätze wird der Fahrversuch für die Feinapplikation weiter- hin mit einbezogen, aber mit automatisierten virtuellen Analysen unterstützt. Das hybride Fahrzeugmodell und die Bewertung der Robustheit gegenüber auf der Zielhardware veränderten Bedingungen tragen der Diskrepanz zwischen Realität und Simulation Rechnung

SKIL 2012 - Dritte Studentenkonferenz Informatik Leipzig: Dritte Studentenkonferenz Informatik Leipzig 2012Leipzig, Deutschland, 25. September 2012Tagungsband

Die Studentenkonferenz des Instituts für Informatik der Universität Leipzig richtet sich an alle Studierende der Informatik sowie angrenzender Disziplinen mit Schwerpunkt Informatik. Die Konferenz setzt sich zum Ziel, Studierenden eine Plattform zu bieten, ihre Projekte und Forschungsvorhaben vorzustellen. Im Mittelpunkt der Tagung stehen studentische Projekte aus Seminaren, Praktika, Abschlussarbeiten oder extracurricularen Aktivitäten. Die SKIL bietet den Studierenden die Möglichkeit, vor einem akademischen Publikum Ideen, Pläne und Ergebnisse zu präsentieren und zu diskutieren. Die Organisation der Konferenz unterscheidet sich nur wenig von wissenschaftlichen Fachkonferenzen. Die Einreichung der Beiträge erfolgte mit Hilfe eines Conference Systems; anschließend wurden alle Einreichungen durch das Programmkomitee bewertet. Angenommene Beiträge wurden am Konferenztag vorgestellt und in dem hier vorliegendem Tagungsband publiziert. Die dritte Studentenkonferenz Informatik Leipzig 2012 fand im Rahmen der SABRE am 25.09.2012 statt. Die SABRE ist eine internationale integrative Multikonferenz auf dem Gebiet zukunftsweisender Technologien der Softwareentwicklung, Agententechnologien und Servicecomputing für Wirtschaft, Entwicklung und Wissenschaft. Die SKIL 2012 wurde am Institut für Angewandte Informatik (InfAI) e.V. organisiert. Initiiert und maßgeblich realisiert wurde die SKIL 2012 von den Forschungsgruppen Agile Knowledge Engineering and Semantic Web (AKSW) und Service Science and Technology (SeSaT) der Universität Leipzig

Konzept zur Modularisierung von Komponenten des Digitalen Prozesszwillings

Digitale Prozesszwillinge (DPTs) sind vernetzte Software-Systeme im Industrie-4.0-Kontext, die Produktionsprozesse digital abbilden, überwachen und steuern. Damit können Produktivitätssteigerungen erzielt und Wertschöpfungsketten flexibilisiert werden. Allerdings kann der Betrieb von DPTs zu sehr hohen Anforderungen an die ausführende Rechenressource führen. Zu diesen Anforderungen gehören eine hohe und variable benötigte Rechenleistung, Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit. Diese können mit monolithischen DPT-Architekturen nicht immer ausreichend erfüllt werden. Außerdem sind monolithische DPTs schwer wartbar, da einzelne Teile nur umständlich ersetzt werden können. Wenige wissenschaftliche Arbeiten befassten sich aber bisher mit nicht-monolithischen Digitalen Zwillingen. Der Aufbau eines DPT in modularer statt monolithischer Architektur verspricht eine längere Lebensdauer durch bessere Wartbarkeit und Austauschbarkeit der DPT-Komponenten. Außerdem lassen sich die Module mittels Software-Virtualisierung durch Container von der physischen Hardware trennen und so flexibel zwischen beliebigen Hosts bewegen. Diese Portabilität erlaubt die horizontale Skalierung des DPT, Ausfalltoleranz sowie eine Auslagerung von Modulen in die Cloud. Austauschbarkeit und Wiederverwertbarkeit der Module sowie Portabilität der Container-Technologie ermöglichen zudem ein herstellerübergreifendes Ökosystem für den DPT. In dieser Arbeit werden die Komponenten eines DPT modularisiert und containerisiert. Es wird eine Architektur für diesen containerisierten, modularisierten DPT (CMDPT) geschaffen, welche insbesondere die benötigte Infrastruktur für den Betrieb spezifiziert. Das Konzept wird in einer prototypischen Implementierung umgesetzt. Die Validierung des Konzepts zeigt, dass der CMDPT neue Anwendungsgebiete für den DPT schafft, die zugrundeliegenden Technologien aber in Hinsicht Echtzeit und Latenz noch nicht ausgereift sind

Model-based condition and process monitoring based on socio-cyber-physical systems

Die produzierende Industrie strebt im Rahmen der vierten industriellen Revolution, Industrie 4.0, die Optimierung der klassischen Zielgrößen Qualität, Kosten und Zeit sowie Ressourceneffizienz, Flexibilität, Wandlungsfähigkeit und Resilienz in globalen, volatilen Märkten an. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von Smart Factories, in denen sich relevante Objekte, Produktions-, Logistik- und Informationssysteme sowie der Mensch vernetzen. Cyber-physische Systeme (CPS) tragen als sensorisierte und aktorisierte, resiliente und intelligente Gesamtsysteme dazu bei, Produktionsprozesse und -maschinen sowie die Produktqualität zu kontrollieren. Vordergründig wird die technische Komplexität von Produktionssystemen und damit auch zugehöriger Instandhaltungsprozesse durch die Anforderungen an deren Wandlungsfähigkeit und den zunehmenden Automatisierungsgrad ansteigen. Heraus-forderungen bei der Entwicklung und Implementierung von CPS liegen in fehlenden Interoperabilitäts- und Referenzarchitekturkonzepten sowie der unzureichend definierten Interaktion von Mensch und CPS begründet. Sozio-cyber-physische Systeme (Sozio-CPS) fokussieren die bidirektionale Interaktion von Mensch und CPS und adressieren diese Problemstellung. Gegenstand und Zielstellung dieser Dissertationsschrift ist die Definition von Sozio-CPS in der Domäne der Zustands- und Prozessüberwachung von Smart Factories. Untersucht werden dabei Nutzungsszenarien von Sozio-CPS, die ganzheitliche Formulierung von Systemarchitekturen sowie die Validierung der entwickelten Lösungsansätze in industriellen Anwendungsszenarien. Eine erfolgreiche Umsetzung von Sozio-CPS in drei heterogenen Validierungsszenarien beweist die Korrektheit und Anwendbarkeit der Lösungsansätze.Within the scope of the fourth industrial revolution, Industry 4.0, the manufacturing industry is trying to optimize the traditional target figures of quality, costs and time as well as resource efficiency, flexibility, adaptability and resilience in volatile global markets. The focus is on the development of smart factories, in which relevant objects and humans are interconnected . Cyber-physical systems (CPS) are used as sensorized and actuatorized, resilient and intelligent overall systems to control production processes, machines and product quality . The technical complexity of production systems and their associated maintenance processes are rising due to the demands on their adaptability and the increasing automation. Challenges in the development and implementation of CPS include the lack of interoperability and reference architecture concepts as well as the insufficiently defined interaction of people and CPS. Socio-cyber-physical systems (Socio-CPS) focus on bidirectional interaction of humans and CPS to address this problem. The scope and objective of this dissertation is to define Socio-CPS in the condition and process monitoring of smart factories. This dissertation utilizes scenarios of Socio-CPS, holistically defines system architectures and validates the solutions developed in industrial applications. The successful implementation of Socio-CPS in three heterogeneous validation scenarios proves the correctness and applicability of the solutions

Einheitliches Konzept einer Kommunikationsschnittstelle zur systematischen Integration von Maschinendaten in den Prozessbereich von Product Lifecycle Management

Die Prozesse aus der Betriebsphase von Maschinen beruhen vermehrt auf Daten, die durch fortschrittliche Technologien zur Datenerfassung, -verarbeitung und -kommunikation bereitgestellt werden. Die damit einhergehende, stetig anwachsende Menge maschinenrelevanter Daten bietet aus Sicht von Maschinenherstellern ein großes Optimierungspotenzial für sowohl aktuelle als auch zukünftige Maschinengenerationen und deren betriebsbegleitende Services. Vor diesem Hintergrund und entgegen vorrangig organisatorischer Informationsbarrieren auf Maschinenhersteller- und -betreiberseite ist es notwendig, die speziell für die Produktentstehung und bspw. die Instandhaltung relevanten Maschinendaten in den Prozessbereich von PLM systematisch zu integrieren. Zu diesem Zweck wird in dieser Dissertation das Feldkonzept als grundlegende Beschreibung einer Kommunikationsschnittstelle zur einheitlichen Integration von Maschinendaten vorgestellt. Die Datenintegration erfolgt virtuell und prozessunterstützt-reproduzierbar auf der Applikationsebene einer Feldmanagementplattform als Middleware sowie anhand einer Feldstruktur als Mapping-Grundlage. Die Feldstruktur dient der konsistenten Verknüpfung ausgewählter Produktstrukturinformationen mit Strukturinformationen von Maschinen aus deren Betriebsphase. Das als Feldmodell bezeichnete Integrationsergebnis dient als Vehikel zum Austausch ausgewählter und logisch in einem Datensatz gemeinsam strukturierter Produkt- und/oder Maschinendaten zu bspw. Analysezwecken. Mithilfe des Feldmodells lassen sich Maschinendaten dokumentbasiert im Produktdatenmanagement zu speichern.:1 Einleitung 2 Grundlagen 3 Arbeitsbereich 4 Das Feldkonzept 5 Grundprinzipien des Feldmanagementsystems 6 Validierung des Feldkonzepts 7 Zusammenfassung und Ausblic

11. Kolloquium Mobilhydraulik : Karlsruhe, 10. September 2020

Der Tagungsband „11. Kolloquium Mobilhydraulik“ enthält die gesammelten Beiträge zu den geplanten Vorträgen der aufgrund von Covid-19 abgesagten gleichnamigen Veranstaltung im September 2020 in Karlsruhe. In neun Artikeln wird über den Stand der Forschung und neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Mobilhydraulik berichtet. Die Themenfelder lauten: • Daten, eine Bereicherung für die Hydraulik? • Antriebe mit Potential • Elektrik trifft Hydraulik • Auslegung hydraulischer System

Das europäische Horizon 2020 Projekt Real-Time-Mining

Moderne Sensorik, Modellierungs- und Optimierungsmethoden im Rohstoffgewinnungsprozess liefern Daten in “Echtzeit” und bieten Entscheidungsassistenz in der Betriebssteuerung und Kurzfristplanung. In den vergangenen Jahren wurden sogenannte „Closed- Loop-Ansätze“ entwickelt, um diese Informationen in Kombination mit moderner Datenverarbeitungstechnologie für eine verbesserte Produktionssteuerung in der Rohstoffgewinnung nutzbar zu machen. Der Beitrag stellt ein Projekt vor, das sich genau dieser Entwicklung widmet, das im Europäischen Rahmenprogramm Horizon 2020 geförderte Projekt Real-Time Mining. Der Fokus des Projektes liegt auf der Gewinnung bergbaugeologisch komplexer Lagerstätten unter Anwendung hoch-selektiver Gewinnungsszenarien. Der Aufbau des Projektes, das Projektziel, die einzelnen Arbeitspakete und Schlüsseltechnologien werden kurz dargestellt. An zwei ausgewählten Beispielen wird auf zwei Hauptkomponenten von Real-Time Mining, die Aktualisierung der Lagerstättenmodelle unter Einbeziehung von Online-Sensorik und die Optimierung der Entscheidungsfindung im Produktionsprozess näher eingegangen