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

Weiße Biotechnologie – Innovationsanalyse Teil I. Stand und Perspektiven der industriellen Biotechnologie: Verfahren, Anwendungen, ökonomische Perspektiven

Hinter der Bezeichnung »industrielle Biotechnologie« verbirgt sich eine große Vielzahl unterschiedlicher Verfahren und Produkte. Industrielle biotechnische Produktionsprozesse beruhen auf den Stoffwechselleistungen von Organismen (meist Bakterien oder Pilze), die die Umwandlung des Rohstoffs Biomasse in das jeweilige Zielprodukt katalysieren. Für die Optimierung von Produktionsorganismen und ihrer produktionsrelevanten Eigenschaften ist die Kombination von Gentechnik, fortgeschrittenem Metabolic Engineering, System- und Synthetischer Biologie Stand der Technik. Für eine effiziente Bioprozessentwicklung und die Hochskalierung in den industriellen Produktionsmaßstab müssen Biokatalysatoroptimierung und Prozessentwicklung integriert werden. Verfahren der industriellen Biotechnologie sind traditionell in Branchen etabliert, die Agrarrohstoffe und andere Naturstoffe industriell verarbeiten. Dies sind die Lebensmittel- und Getränke-, die Leder-, Zellstoff- und Papier- sowie die Textilindustrie. Auch in der Umwelttechnik sind biotechnische Verfahren zur Behandlung von Abwasser, Abluft, kontaminierten Böden sowie organischen Reststoffen weit verbreitet. Eine Schlüsselrolle nimmt jedoch die traditionell forschungsintensive und innovative chemische Industrie in der IBT ein, da sie strategische Schwerpunkte gesetzt und entsprechende Kompetenzen und Netzwerke aufgebaut hat. Zudem erbringt sie – zusammen mit dem Maschinen- und Anlagenbau – einen wesentlichen Teil der Innovationsleistungen für nachgelagerte Branchen. Der Schwerpunkt der IBT liegt in der Produktion von Fein- und Spezialchemikalien, der wirtschaftlich bedeutendsten Sparte der deutschen Chemieindustrie. Durch die zunehmende Reife und Kommerzialisierungsmöglichkeiten in der IBT wächst auch ihre ökonomische Bedeutung. Allerdings erwiesen sich in der Rückschau viele Marktprognosen als zu optimistisch – die künftigen Zuwächse wurden unter anderem deswegen überschätzt, weil Geschwindigkeit und Niveau der Kommerzialisierung der IBT von Rohstoffpreisen, technologischen Durchbrüchen, Anforderungen an die Nachhaltigkeitsbilanz der Prozesse und Produkte sowie Finanzierungsfragen stark beeinflusst werden. Wegen der derzeit niedrigen Preise für fossile Rohstoffe sowie der engen Kopplung der Agrarrohstoff- und Rohölpreise ist eine erhebliche Verbesserung der relativen Kostenwettbewerbsfähigkeit biobasierter Produkte gegenüber ölbasierten Produkten vorerst nicht zu erwarten. In der IBT kommt großen diversifizierten Unternehmen, deren Kerngeschäft in der Chemie bzw. im Agro-Food-Bereich liegt, eine wichtige Rolle als Innovatoren und Produzenten zu. Unter den reinen Biotechnologieunternehmen in Deutschland sind etwa 10 % der IBT zuzuordnen. Sie sind schwerpunktmäßig Dienstleister und Technologieentwickler, die in einzelnen Fällen auch Produktionsaktivitäten aufgenommen haben. Mit Blick auf die internationale Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands in der IBT zeigt sich eine starke Position bei technologischem Wissen. Volkswirtschaftliche Effekte dürften vor allem in der Sicherung bestehender Arbeitsplätze bestehen, während ein deutlicher absoluter Zuwachs an Arbeitsplätzen oder Zugewinne von Marktanteilen auch in Zukunft eher unwahrscheinlich sind. Dies ist typisch für Querschnittstechnologien wie die IBT. Deshalb sollte ihre Bedeutung für das Wachstum etablierter Branchen nicht unterschätzt werden

Forum - Ausgabe 2016

Informiert über die Forschungsaktivitäten an der Hochschule Konstanz im Jahr 2016. Supplement to the German edition: Chapter "Experts" in English edition, Professors of the HTWG an their expertises and research area

Prüfplanung - Ein neues Prozessmanagement für Fahrzeugprüfungen

Für komplexe und sicherheitsrelevante Produkte wie Personenkraftwagen sind Prüfungen zur Qualitätsabsicherung im Produktionsprozess aus vielfachen Gründen erforderlich. Insbesondere sind gesetzliche und normative Vorgaben zu beachten. Das neue Prozessmanagement umfasst die Prüfplanung und die Organisation. Der Prüfplanungsprozess beinhaltet einen neu entwickelten Priorisierungsalgorithmus. Es wird ein numerisches Verfahren für die Auswahl der wichtigsten Prüfungen beschrieben