Verlässlichkeit der Verkehrsinfrastruktur erhöhen. Ergebnisbericht des Themenfeldes 3 im BMVI-Expertennetzwerk für die Forschungsphase 2016 – 2019

Redaktionsteam: Anastassiadou, Friese, Hindersmann, Holst, Holtkämper, Malárics-Pfaff, PanenkaBundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, Bundesanstalt für Gewässerkunde, Bundesanstalt für Straßenwesen, Bundesanstalt für Wasserbau, Deutscher Wetterdienst, Deutsches Zentrum für Schienenverkehrsforschung beim Eisenbahn-Bundesam

Verbesserung des Ökokontroll- und Zertifizierungssystems durch die Integration von digitalen Zertifizierungs- und Produkttransaktionsdaten und von geografischen Daten und die Entwicklung eines umsetzbaren technologischen Konzepts am Beispiel der Getreidekette (Verbundvorhaben)

Das hier beschriebene Verbundvorhaben umfasst folgende Teilprojekte: FKZ 18OE081, FKZ 18OE137 Das Gesamtziel des Vorhabens ist ein umsetzbares Konzept für die Verbesserung von Kontrolle und Betrugsbekämpfung für Bio-Produkte am Beispiel der Getreidekette zu entwickeln. Dazu wurden signifikante Lücken im derzeitigen Kontroll- und Zertifizierungssystems identifiziert, evaluiert und konkrete Maßnahmen vorgeschlagen, um diese schließen. Eine der wesentlichen Schwachstellen des Ökokontrollsystems ist die fehlende verpflichtende digitale Erfassung aller relevanten Daten (Lage und Größe, Kultur, Ertrag, Verkaufsmengen), die eine Verknüpfung der Produkttransaktionen vom Feld entlang der gesamten Produktkette ermöglichen würde. Dabei wird zwischen Rückverfolgbarkeit von Zertifizierungs- und Produkttransaktionsdaten unterschieden. Die digitale Verfügbarkeit von Daten und die Möglichkeit der Verknüpfung spielt hierfür die entscheidende Rolle. Mit dem hier vorgestellten Projekt zur Verbesserung des Öko-Kontroll- und Zertifizierungssystems, insbesondere durch die Integration von Zertifizierungs- und Produkttransaktionsdaten mit einem geografischen Informationssystem stellen die Projektpartner Empfehlungen für die verschiedenen Akteure in Politik, Verwaltung, den Kontrollstellen u.a. für die Weiterentwicklung des Kontrollsystems vor: Ein- und Durchführung von betrieblichen Massenbilanzen und entlang von Produktketten Eine wachsende Zahl von Verbrauchern ist bereit, für Bio-Produkte einen höheren Preis zu bezahlen. Die Preisdifferenz bringt die Gefahr von Betrug mit sich. Daraus ergibt sich die Verpflichtung für alle Beteiligten, die Integrität von Bio-Produkten zu gewährleisten. Massenbilanzen von Warenflüssen entlang der Lieferkette sind dafür ein einfaches und verlässliches Instrument zur Betrugsverhinderung und -bekämpfung. Dazu sind digitale Flächen, Kultur- und Mengendaten sowie Transaktionsdaten der gehandelten Produkte erforderlich. Es bedarf keiner aufwändigen Labortechnik und Analytik oder Chargenrückverfolgbarkeit Vorantreiben der digitalen Erfassung von Daten für die Ökokontrolle und Dateninfrastruktur Die Förderung einer digitalen Infrastruktur für Kontrolle und Zertifizierung hat viele Vorteile, wie z.B. der Beitrag zur Betrugsbekämpfung durch mehr Transparenz in den Wertschöpfungsketten, Verschlankung der Bürokratie und durch einen verbesserten Datenaustausch im Ökokontroll- und Zertifizierungssystem. Dazu können bereits vorhandene digitale Daten genutzt werden. Verbesserung der Ertragsdatenerhebung ökologischer Betriebe Ertragsdaten zum ökologischen Landbau werden nicht systematisch erhoben und sind daher lückenhaft. Kontrollstellen erheben zwar Erträge für ihre Betriebe. Diese Information steht aber nur intern und meist nicht digital zur Verfügung. Folglich stehen Daten nicht zeitnah zur Verfügung, um sie für vorrausschauende Ertrags- und Marktschätzungen zu verwenden. Das Projekt empfiehlt konkrete Schritte, die wesentlich zur Verbesserung der Datenverfügbarkeit von Ökoerträgen beitragen und eine realistische Schätzung der zu erwartenden Erntemengen ermöglichen würden. Beitrag der Fernerkundung Generell kann die Fernerkundung zur Verbesserung der Datengrundlage auch im ökologischen Landbau beitragen, indem sie wiederholt und unabhängig flächendeckende Informationen zum Zustand, zur Nutzung und deren Veränderung der Agrarlandschaft über große Gebiete liefert und vorhandene zeitliche Lücken in bestehenden Daten schließt. Einführung eines digitalen Systems für Kontrolldaten und Massenbilanzierung Die verpflichtende Einführung eines digitalen Systems zur Erfassung und Darstellung von Kontrolldaten (GIS) sowie eines Massenbilanzierungssystems, um das Kontroll- und Zertifizierungssystem digital weiterzuentwickeln, würde dazu beitragen, Betrug mit Bio-Produkten zu verhindern und die Markttransparenz zu verbessern

Eine kunden- und lebenszyklusorientierte Produktfamilienabsicherung für die Automobilindustrie

In der vorliegenden Arbeit wird eine automotive-geeignete Absicherungsstrategie entwickelt, die erstmals den kompletten Variantenumfang eines massengefertigten eingebetteten Systems inklusive der Versionierung dessen Einzelkomponenten im Lebenszyklus systematisch betrachten und empirisch bewerten kann. Die Realisierung der Strategie bietet statistisch insbesondere Vorteile durch die Steigerung der vom Kunden wahrgenommenen Qualität aufgrund einer optimierten Absicherung von Systemvarianten

Ein neues Konzept zur Diagnose elektrochemischer Sensoren am Beispiel von pH-Glaselektroden

Unternehmen der Prozessindustrie verlangen zunehmend Sensoren mit einer integrierten Diagnosefunktionaliät, die Informationen über den technischen Zustand der eingesetzten Betriebsmittel gibt. Ziel der Arbeit ist es, am Beispiel von pH-Glaselektroden ein neues Konzept zu entwickeln, das es möglich macht, den technischen Zustand von elektrochemischen Sensoren abzubilden. Anhand von Daten aus Laborversuchen sowie aus industriellen Anwendungen wird der Nachweis der Funktionsfähigkeit erbracht

Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems (EUS) für die Auswahl von Verfahren zur Instandsetzung von Einkammerschleusen für die Schifffahrt unter laufendem Betrieb

Marode Infrastruktur und stark ausgelastete Verkehrswege sind große Herausforderungen in unserer Gesellschaft. Beispielhaft ist der Instandhaltungsrückstau von Straßenbrücken zu nennen, der in den Medien immer wieder thematisiert wird. Doch nicht nur im Bereich der Straße ist ein großer Instandhaltungsrückstau vorhanden. Auch im Bereich der Wasserstraße besteht großer Instandsetzungsbedarf, der die Wasserstraßen und Schifffahrts¬verwaltung (WSV) als Betreiber in Zukunft vor große Herausforderungen stellen wird. Auf deutschen Binnenwasserstraßen werden neben Personen eine nicht unerhebliche Menge an Gütern transportiert. Sofern die Wasserstraßen nicht mehr schiffbar sind, müssten die Güter über Straße und Schiene transportiert werden, was zu einer deutlichen Mehrbelastung dieser Verkehrswege führen würde. Die Instandsetzung von Einkammerschleusen ist in diesem Zusammenhang eine große Herausforderung. Für die konventionelle Instandsetzung müssen diese mehrere Jahre trockengelegt werden. Aus diesem Grund werden derzeit Instandsetzungsmaßnahmen entwickelt, die unter laufendem Betrieb durchgeführt werden können. In dieser Arbeit wurde ein zweistufiges Entscheidungsunterstützungssystem (EUS) für die Auswahl von Instandsetzungsverfahren für Einkammerschleusen unter laufendem Betrieb entwickelt. Hierzu wurden im ersten Schritt bekannte Entscheidungsverfahren evaluiert. Auf Basis dieser Evaluation wurde die Tabellenmethode des Choosing by Advantages Decision Making System (CBA) ausgewählt, um die Basis des EUS zu bilden. Aufbauend auf den Erkenntnissen der allgemeinen Entscheidungstheorie sowie den Grundsätzen und Regeln von CBA wurde ein allgemeingültiger Entscheidungsprozess entwickelt, dessen Anwendung entscheidungsproblem¬unabhängig zu fundierten Entscheidungen führt. Um diesen Entscheidungsprozess validieren und verifizieren zu können, wurde ein Tool erarbeitet, das den Entscheidungsprozess zur Auswahl eines Reprofilierungsverfahrens für Schleusenkammerwände abdeckt. Darüber hinaus wurden verschiedene Methoden der empirischen Sozialforschung angewandt, um die Bedürfnisse und Anforderungen der WSV in die Entwicklung mit einfließen lassen zu können

Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems (EUS) für die Auswahl von Verfahren zur Instandsetzung von Einkammerschleusen für die Schifffahrt unter laufendem Betrieb

Es wurde ein zweistufiges Entscheidungsunterstützungssystem (EUS) für die Auswahl von Instandsetzungsverfahren für Einkammerschleusen unter laufendem Betrieb entwickelt. Die Tabellenmethode des Choosing by Advantages Decision Making System (CBA) wurde ausgewählt, um die Basis des EUS zu bilden. Für die Verifikation und Validierung wurde ein allgemeingültiger Entscheidungsprozess, ein Tool sowie ein Seminar entwickelt

Multikriterielle Entscheidungsunterstützung in der risiko-basierten Instandhaltungsplanung am Beispiel der Verkehrswasserbauwerke

Altersstruktur und Zustand der Verkehrswasserbauwerke an den Bundeswasserstraßen machen einen gezielten Einsatz von Ressourcen zwingend notwendig. Die Verkehrswasserbauwerke werden bislang unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer Bedeutung für den Schiffsverkehr sowie ihres Zustands bewertet und einer der Prioritätsstufen zugeordnet, sodass die Anzahl der Bauwerke mit hoher Priorität und der Instandhaltungsrückstau beständig steigt. Potenzielle Folgen für die Bevölkerung, die Wirtschaft und die Umwelt durch Funktionsausfall bzw. Bauwerksversagen bleiben in der Entscheidungsfindung bislang weitestgehend unberücksichtigt. Methoden wie bspw. standardisierte Risikobewertungen, Nachrechnungen oder Gutachten liefern präzise Ergebnisse für Einzelbauwerke, sind in der Umsetzung für einen großen Bau-werksbestand allerdings ressourcenintensiv und somit eher hinderlich bei der Beschleunigung von Entscheidungsprozessen. Eine vorausschauende Instandhaltungsplanung unter Berücksichtigung bauwerksspezifischer Risiken und langfristiger Entwicklungen für einen großen Bauwerksbestand gestaltet sich zunehmend komplex. Diese Dissertation stellt ein Planungsinstrument für die Instandhaltung von Verkehrswasserbauwerken vor, welches eine risiko-basierte Bewertung der Priorität in die Instandhaltungsplanung für einen großen Bauwerksbestand integriert sowie aktuelle und zukünftige Ressourcenbedarfe sowie Entwicklungen im Instandhaltungsrückstau quantifiziert. Da aufgrund der Zustandsentwicklungen der Verkehrswasserbauwerke zunehmend mit einem Funktionsausfall bzw. Bauwerksversagen zu rechnen ist, werden für jedes untersuchte Bauwerk mögliche Versagensfolgen für dieses Extremereignis erfasst. Dafür werden Geoinformationsdaten sowie Daten verschiedener statistischer Ämter ausgewertet. Mit einem angepassten hydraulischen Ansatz wird die Höhe einer Schwallwelle nach einem plötzlichen Bauwerksversagen berechnet. Die in der Ex-ante-Schadensanalyse neu ermittelten Daten werden als Kriterien für die risiko-basierte multikriterielle Entscheidungsanalyse herangezogen. Bei der verwendeten Outranking Methode werden die Ergebnisse aus paarweisen Vergleichen zwischen den Bauwerken in Präferenzwerte überführt und mithilfe der Aggregation der Präferenzwerte wird für jedes Bauwerk ein risiko-basierter Prioritätswert ermittelt. Für die Instandhaltungsplanung in Form einer Langzeitprognose werden Alterungsprozesse und Instandhaltungsmaßnahmen modelliert, sodass für jedes Bauwerk bestimmt werden kann, wann das Ende der Nutzungsdauer erreicht wird, welche Instandhaltungsmaßnahme notwendig ist und wie hoch der Investitionsbedarf ist. Da in einem großen Bauwerksbestand immer mehrere Bauwerke zeitgleich das Ende ihrer Nutzungsdauer erreichen, werden Bauwerke mit höheren Prioritätswerten bevorzugt in der Instandhaltungsplanung berücksichtigt. Das Planungsinstrument kann an unterschiedliche Rahmenbedingungen wie die Nutzungsdauer der Bauwerke oder das jährlich verfügbare Budget angepasst werden. In der Szenarioanalyse werden für die unterschiedlichen Instandhaltungspläne langfristige Trends im Bauwerksbestand und die Entwicklung des Instandhaltungsrückstaus aufgezeigt