A Device Interconnection System for Energy Management

Mit Energiemanagementlösungen lassen sich wertvolle Beiträge zur Erhöhung der Energieeffizienz erzielen. Geeignete Lösungen können eine Reduzierung des Ausstoßes an Treibhausgasen bewirken sowie zu einer Reduzierung der Energiekosten für die Bürgerinnen und Bürger beitragen. Im Rahmen dieser Arbeit werden die wesentlichen Bestandteile von Energiemanagementsystemen und deren Einsatzfähigkeit in verteilten Systemen genauer betrachtet. Dabei wird gezeigt, dass viele bisherige Energiemanagementsysteme Beschränkungen in ihrer Einsatzfähigkeit unterliegen. Aus diesem Grund wird ein Systemkonzept für zukünftige Energiemanagementsysteme auf Basis des Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) nach einem allgemeinen, Nutzer-zentrierten Ansatz entwickelt. Das Systemkonzept besteht erstens aus Verfahren zur Geräteeinbindung möglichst alle Arten von Anlagen, Maschinen und Geräten, zweitens aus einer datenschutz- und datensicherheitskonformen hierarchischen Kommunikationsstruktur sowie drittens aus verschiedenen modularen Energiemanagement-Funktionalitäten. Für die Erprobung des Systemkonzepts wurde u.a. eine Softwareplattform in der Skriptsprache JavaScript zur Ausführung von verteilten Energiemanagement-Anwendungen implementiert. Verschiedene Techniken zur Geräteeinbindung sowie Energiemanagement-Funktionalitäten wurden als Anwendungen dieser Softwareplattform umgesetzt. Dazu zählen eine Energieverbrauchsschätzung für Computer, mehrere Techniken zur Identifikation des Gerätebetriebsstatus anhand von Messdaten, einige Smartphone- bzw. Tablet-Anwendungen für die Nutzer-unterstützte Energieverbrauchsoptimierung sowie Anwendungen zur automatisierten Energieverbrauchsoptimierung inklusive einer Lastspitzenreduktion. Zur Demonstration der Funktionsfähigkeit wurde das System in Unternehmen und Privathaushalten eingesetzt. Dabei wird gezeigt, dass die bisherigen Beschränkungen der Einsatzfähigkeit von Energiemanagementsystemen überwunden werden und ein großflächiger Einsatz technisch möglich ist. Weiterhin werden die verschiedenen Komponenten und Verfahren einzeln evaluiert. Die gewählte hierarchische Kommunikationsstruktur bestätigt sich dabei als geeignetes Konzept, das zudem weitere Vorteile hinsichtlich der Skalierungsfähigkeit und der Ausfallsicherheit bietet. Zusätzlich wird gezeigt, dass die verschiedenen Techniken und Funktionalitäten aufgrund ihrer Präzision und aufgrund ihrer gezeigten Realisierbarkeit angemessene Lösungen für das Energiemanagement darstellen.In view of the energy transition in Germany, potential power savings are achieved through the application of energy management solutions. Using appropriate concepts, energy management systems can contribute to the reduction in the emission of greenhouse gases and reduce the energy costs for end consumers. In this thesis, the different components of energy management systems are studied and their applicability in distributed systems is analyzed. It is shown that a majority of energy management systems suffer from limitations in their operational capabilities. For this reason, a user oriented system concept for future energy management systems based on the Internet of Things (IoT) is developed. The system is composed of three layers, the lowest of which addresses the methods for the integration of all types of machines and devices. For the middle layer a hierarchical communication structure with distributed applications is suggested, to satisfy privacy and data security requirements. In the top layer, different energy management functionalities are outlined. For the testing of the system concept, a software platform for distributed applications was realized in JavaScript. Several device connectivity techniques as well as energy management functionalities are implemented as applications of this software platform, such as an energy consumption estimation for computers, several device status identification techniques based on measured data, several smartphone and tablet applications for the end-user based energy consumption optimization as well as some applications for the automated energy consumption optimization, including a peak consumption reduction. To demonstrate the functionality of the system, it was used in both work and home environments. Thereby it is demonstrated that the restrictions in the operational capability of energy management systems could be overcome and that a wide deployment of these systems is possible from a technical point of view. Furthermore, the different components and processes are individually evaluated, whereby the chosen hierarchal communication structure is proven to be a practical concept, offering advantages in scaling and reliability. It is shown that the different techniques and functionalities offer a capable energy management solution, as a result of their precision and demonstrated feasibility

Climate-neutral and intelligent cities in Europe : Mission statements, paths, risks

The great transformation to climate-neutral cites in Europe, though often called for and widely advocated, is yet to come. This TATuP special topic underscores the necessity of integrative approaches that combine smart and intelligent urban technologies with socio-cultural innovations to open up paths towards urban climate neutrality. Edited by Cordula Kropp (ZIRIUS/University of Stuttgart), Astrid Ley (SI/University of Stuttgart), Sadeeb Simon Ottenburger (ITES/Karlsruhe Institute of Technology), Ulrich Ufer (ITAS/Karlsruhe Institute of Technology

Normen und Standards für die digitale Transformation: Werkzeuge, Praxisbeispiele und Entscheidungshilfen für innovative Unternehmen, Normungsorganisationen und politische Entscheidungsträger

Norms and standards are indispensable for the success of the economy’s digital transformation, even as their applications become more and more complex. This book sheds light on relevant findings from standards research, participation in standardization consortia, certification, and other important aspects and condenses them into specific recommendations

Entwerfen Entwickeln Erleben in Produktentwicklung und Design 2021

Die Konferenz Entwerfen Entwickeln Erleben bietet zum fünften Mal ein national einzigartiges fachübergreifendes Konferenz- und Ausstellungsformat an den Schnittstellen von Produktentwicklung und Industriedesign. Die fortschreitende Integration digitaler Technologien im Bereich Produktentwicklung und Industriedesign führt gerade zu einer massiven Transformation der Arbeitsprozesse und hin zu einer enormen Erweiterung von Möglichkeiten –angefangen von der Digitalisierung des Produktentstehungsprozesses mithilfe von Methoden und Techniken des Systems Engineering, über die Vernetzung und Automatisierung von Produktionsanlagen und Produkten, Predictive Maintenance durch digitale Zwillinge bis hin zur nachhaltigen Produktion vollständig recyclebarer Güter. Hinsichtlich der Einreichung sind Schnittstellen mit folgenden aktuellen Schlüsselthemen von besonderem Interesse: Virtuelle Methoden in der Produktentwicklung: Mit Blick auf den Lebenszyklus der Produktentwicklung stehen die digitalen Möglichkeiten bezüglich Innovation, Design und Umsetzung im Vordergrund. Wie können beispielsweise Daten über Produkte und deren Nutzung in Simulationen in Echtzeit zusammengestellt, zielgerichtet variiert und ausgewertet werden? Wie können digitale Tools in der Innovationsphase helfen, verteilte Informationen und Ideen zu sammeln und zu strukturieren? Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Umgang und Einsatz des Systems Engineering, von Methoden der künstlichen Intelligenz und des machine learning. Mensch-Maschine-Interaktion: Mit der Weiterentwicklung der Automatisierung hin zur umfassenden Kooperation von Mensch und Technik bis hinein in Produktentwurf und -entwicklung stellt sich die Frage, wie diese zukünftige Partnerschaft durch nutzerzentrierte Designs gestaltet werden soll? Welche Zwischenschritte und Zugänge sind notwendig, um Interfaces zum Beispiel via VR/AR so adaptiv und lernförderlich wie möglich zu gestalten und zugleich notwendige Grenzziehungen zwischen Mensch und Maschine zu definieren? Kollaboration: Produktentwicklung und -design leben von kreativem Zusammenwirken. Wie kann diese Kreativität durch Methoden, Arbeitsumgebung und digitale Tools unterstützt werden? Lassen sich Kreativität und Serendipität messen und entsprechend planen? Welche Rolle spielt Kollaboration bei der agilen Produktentwicklung und bei der Organisation von umfangreichen Partner-Ökosystemen? Und wie lässt sich zum Beispiel die Zusammenarbeit in Design Teams auf die universitäre Lehre übertragen? Nachhaltigkeit/Transfer: Zentral für neue Produkte ist die Verbindung zur Gesellschaft im Allgemeinen und zur Nutzer- bzw. Anspruchsgruppe im Speziellen. Gerade mit Blick auf nachhaltige Produkte mit einem möglichst langen Lebenszyklus sind datengetriebene Analysen zum Nutzerverhalten genauso zentral wie die passgenaue Entwicklung und Planung für eine ressourcensparende Produktion. Dies sind alles wesentliche Bestandteile der additiven Fertigung und späteren Rekonfigurationen. Hierfür ist es unabdingbar Kategorien der Materialwissenschaften, Kreislaufwirtschaft und neueste Ansätze der Produktentwicklung miteinander zu verknüpfen, um die Effizienz der Entwicklung und die Nachhaltigkeit der Produkte gleichzeitig zu steigern.:Digitalisierung der Engineering Prozesse durch System Lifecycle Management (SysLM) Martin Eigner 11 Umgang mit Marktunsicherheiten in der Zielsystementwicklung: Methode zur Reduktion von Definitionslücken bei der Konkretisierung des Initialen Zielsystems Valentin Zimmermann, Christoph Kempf, Leo Hartmann, Nikola Bursac, Albert Albers 21 Digitale Lösungssammlung von Konstruktionsprinzipien für die Agile Entwicklung von Leichtbaustrukturen für Luftfahrzeuge Jutta Abulawi, Maximilian Weigand 35 Ansatz zur Erarbeitung einer Methodenauswahl für nachhaltige Produktentwicklung in KMUs Björn Ragnar Kokoschko, Laura Augustin, Christiane Beyer, Michael Schabacker 49 Kontrollierte Fragebogenentwicklung zur Messung erlebter Qualität von Produkten der Dräger Safety auf haptischer, optischer und akustischer Ebene Julia Schneider, Christian Wölfel, Sarah Wandel, Michael Richenberger 59 Was können wir von Ablehnung lernen? Eine Befragung von NichtnutzerInnen im Kontext einer Produktentwicklung Laura Augustin, Sabrina Pfrang, Björn Kokoschko, Andrea Wolffram, Michael Schabacker 71 Digitale Landwirtschaft und das User-Interface – eine Herstellersicht Michael Jendis 85 Data Model Canvas für die IT-System-übergreifende Integration von Datenmodellen zur Unterstützung von Datenanalyse-Anwendungen im Produktlebenszyklus Thomas Eickhoff, Andreas Eiden, Jonas Gries, Jens C. Göbel 99 Montagegerechte Gestaltungsrichtlinien mittels Deep Learning Johanna Gerlach, Alexander Riedel, Seyyid Uslu, Frank Engelmann, Nico Brehm 111 Hybride Simulationstechnik – Prototypenerkenntnisse in den Produktneuentwicklungsprozess einbinden Dennis Kaczmarek, Armin Lohrengel 123 Zeitliche und inhaltliche Konvergenz der Lösungsfindung als zentrale Herausforderung in Hybriden Produktentwicklungsprozessen – eine Empirische Analyse von Stanfords ME310-Prozessmodell Frank Koppenhagen, Tim Blümel, Tobias Held, Christoph Wecht 137 Better Change a Running System – Implementierung von Innovations- und Nachhaltigkeitsprozessen in Entwicklungsabteilungen Oliver Keller, Paul Stawenow, Marco Kapetan 155 User Research im Zukunftsorientiertem Design-Thinking: Eine Ganzheitliche Methode für das Stakeholder-Management in der Service-Optimierung Mehdi Mozuni, Maren Ohlhoff, Gerhard Glatzel 163 Virtual-Reality-Umgebung für die Visualisierung von Entwicklungszielgrößen auf Basis des Referenzsystems im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung Felix Pfaff, Simon Rapp, Albert Albers 175 Ausarbeitungsleitfaden für Nutzerstudien zur Evaluation von XR-Interfaces in der Produktentwicklung Jakob Harlan, Benjamin Schleich, Sandro Wartzack 189 Textile Engineering ›SurFace‹: Oberflächenentwurf von der taktilen zur grafischen zur taktilen Erfahrbarkeit im Design Engineering der Zukunft Marina-Elena Wachs, Theresa Scholl, Gesa Balbig, Katharina Grobheiser 201 Effiziente und Robuste Entwicklung komplexer Faserverbund-Triebwerkstrukturen Sebastian Spitzer, Fabian Folprecht, Alrik Dargel, Christoph Klaus, Albert Langkamp, Maik Gude 215 Maschinenkonzept zur additiven Fertigung großdimensionierter Titan-Bauteile Andreas Kalb, Florian M. Dambietz, Peter Hoffmann 227 VIKA – Konzeptstudien eines virtuellen Konstruktionsberaters für additiv zu fertigende Flugzeugstrukturbauteile Johann Steffen 237 Entwicklung einer agil-strukturierten Prozesslösung mittels ASD – Agile Systems Design für das technische Änderungsmanagement im After Sales eines OEM der Automobilindustrie Jonas Heimicke, Sascha Pfau, Linda Vetten, Albert Albers 255 Methoden für die durchgängige Anwendung einer EBOM mithilfe klassenbasierter Substitutionsobjekte Jonathan Leidich, Peter Robl, Julien Raphael Mrowka 271 Anforderungsmanagement in der Agilen Entwicklung Mechatronischer Systeme – ein Widerspruch in sich? Nikola Bursac, Simon Rapp, Lukas Waldeier, Steffen Wagenmann, Albert Albers, Magnus Deiss, Volker Hettich 283 Akzeptanzanalyse zum Einsatz von Hybriden Prototypen und Extended Reality in der Produktentstehung Liesa Zimmermann, Kathrin Konkol, Elisabeth Brandenburg, Rainer Stark 297 Interdisziplinäre Produktentwicklung – Beschreibung einer Kooperation aus Industrie, angewandter Forschung und Technischem Design zur Realisierung einer assistierenden Roboterzelle Christian Hermeling, Johannes Abicht, Thomas Theling, Ralf Hock 309 Szenarien Machen Mögliche Zukünfte Erlebbar – Szenen eines Forschungsvorhabens Maren Ohlhoff, Mehdi Mozuni, Gerhard Glatzel 323 3D-volldigitalisierte Behandlungsplanung bei Lippen-Kiefer-Gaumenspalten (LKGS-3D) Christiane Keil, Dominik Haim, Ines Zeidler-Rentzsch, Franz Tritschel, Bernhard Weiland, Olaf Müller, Thomas Treichel, Günter Lauer 335 Beam-colored Sketch and Image-based 3D Continuous Wireframe Reconstruction with different Materials and Cross-Sections Martin Denk, Klemens Rother, Kristin Paetzold 345 Diskussionsbeitrag zu einem methodischen Ansatz für Entscheidungen in Zielkonflikten während der Konzeptphase der Entwicklung automatisierter Produktionsanlagen Peter Lochmann, Jens-Peter Majschak 355 Generieren lastgerechter Materialparameter für FEM-gestützte Umformprognosen – am Beispiel von Karton Verbundmaterialien Toma Schneider, Antje Harling, Frank Miletzky 371 Erweiterte Analyse ausgewählter Schwingungsphänomene mit dem C & C²-Ansatz am Beispiel einer Einscheibentrockenkupplung Peter M. Tröster, Thomas Klotz, Simon Rapp, Yulong Xiao, Sascha Ott, Albert Albers 383 Ein Klassifizierungssystem für Industrielle Augmented Reality Anwendungen Jan Luca Siewert, Matthias Neges, Detlef Gerhard 401 Nutzerzentrierte Entwicklung einer ortsunabhängigen Maschinenabnahme mittels Augmented Reality Nedim Kovacevic, Jantje Meinzer, Rainer Stark 417 Augmented Reality als intuitive Benutzungsschnittstelle für das Roboterprogrammieren Carolin Horn, Christoph-Philipp Schreiber 431 Design von Produkt-Dienstleistungssystemen für Kreislaufwirtschaft Ursula Tischner 443 Nachhaltigkeit: Avoiding Design – Warum gutes Design kein Design ist und auch das Nicht-Designen und Vermeiden von Produkten Gestalterhandwerk sein muss Philipp Schütz, Oliver Gerstheimer, Philipp Englisch 461 Nachhaltigkeit als strategischer Imperativ für die Gesellschaft und Unternehmen Heinz Simon Keil, Detlef Tietze 475 Simulation modularer Produktarchitekturen durch modellbasierte Konfiguration Florian M. Dambietz, Dieter Krause 491 MBSE-Ansatz für eine Vernetzte Stoffstrommodellierung zur Verbesserung der Partnersuche in der Kreislaufwirtschaft Franz Wieck, Philipp Kronenberg, Manuel Löwer 501 Konstruktion eines Inserts für Faserverbund- Halbzeuge Frank Weidermann, Stefanie Zimmermann, Andrea Pino 517 Der Ingenieur an seinem Arbeitsplatz – gesund und kompetent! Bettina Schleidt 529 Digitale Arbeitsumgebungen in der Produktentstehung – Mit Action Design Research Web-Anwendungen zur produktiven Zusammenarbeit entwickeln Stephan Scheele, Daniel Mau, David Foullois, Frank Mantwill 541 Nutzerzentrierung in Zeiten von Social Distancing – Evaluierung eines extracurricularen Lehrformats für Studierende der Produktentwicklung Anne Wallisch, Kristin Paetzold 559 The Digitalization Principles from a User-Centered Design Perspective – A Conceptual Framework for Smart Product Development Carolina Sallati, Klaus Schützer 575 Brain of Materials – die Plattform für Designer, Entwickler und Materialhersteller Hans Peter Schlegelmilch 587 Gibt es ein Patentrezept für erfolgreiche IT-Projekte? Alfred Katzenbach 591 Mockup einer Betriebsleitstelle für Automatisierte Shuttlebusse – Konzeption und Design eines Universellen, Visuellen und Auditiven Interfaces Ingmar S. Franke, Sönke Beckmann, Olga Biletska, Hartmut Zadek 601 Co-Creation bei komplexen Consumer Products Linda Geißler, Nico Herzberg, Natalie Mundt 613 Bessere Kundenorientierung bei der Entwicklung physischer Produkte – Nutzung agiler Vorgehensweisen kombiniert mit Additiven Fertigungsverfahren Philipp Blattert, Werner Engeln 621 Ermittlung von Anforderungen an eine Anwendungsfall-Spezifische Einführung Agiler Ansätze – Erkenntnisse aus der Anwendung des Agile-Stage-Gate Hybrids Jonas Heimicke, Ahmed Spahic, Luis Bramato, Albert Albers 633 goG – die Neue Urbane Mobilität Hans-Georg Höhne 645 Vergleich der Motivationsprofile von Scrum-Teammitgliedern mit dem Agilen Manifest zur Entwicklung von Gamification-Strategien David Kessing und Manuel Löwer 655 Zeichnen als Weltentwurf: Analog + Digital – Die Bedeutung des Zeichnens in der Primarausbildung mit Blick auf Design Engineering in Europa Marina-Elena Wachs 665 Intelligentes Nesting in der Kreislaufwirtschaft zur Steigerung der Ressourceneffizienz Philipp Kronenberg, Franz Wieck, Sebastian Weber, Manuel Löwer 673 Remote Innovation – Co-Creation During Times of Pandemic Oliver Gerstheimer, Philipp Schütz, Philipp Englisch, Erhard Wimmer 681 Analyse des Einflusses von Faktoren auf die agilen Fähigkeiten von Organisationseinheiten in der Entwicklung physischer Systeme Jonas Heimicke, Tobias Rösel, Alber Albers 691 Entwicklung Angepasster Konstruktionsmethoden für Nachhaltige Hochvolt-Speicher Robert Kretschmann, Gerd Wagenhaus, Christiane Beyer 703 Automatisierung des Datenaufbereitungsprozesses für AR/VR-Anwendungen im Engineering Maximilian Peter Dammann, Wolfgang Steger, Ralph Stelzer 714 Nutzer- und Aufgabengerechte Unterstützung von Modellierungsaktivitäten im Kontext des MBSE-Model-Based Systems Engineering Constantin Mandel, Matthias Behrendt, Albert Albers 72

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