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PublicationManufacturing-X: Die Branche der Fabrikausrüster( 2023)Die deutsche Ausrüsterindustrie beliefert weltweit Fabriken mit Produktionslinien, Maschinen, Komponenten, Automatisierungstechnik und produktionsnaher Software. Über viele Jahre waren die Auftragsbücher voll und die Entwicklungs- und Produktionskapazitäten ausgelastet. Die Frage ist: wird das auch in der Zukunft so sein und: wie können die deutschen Ausrüster ihre Wettbewerbsfähigkeit erhalten oder sogar noch verbessern? Welche Rolle spielt dabei die Digitalisierung? Viele Ausrüster haben in den Jahren seit dem Start von „Industrie 4.0“ zaghafte Schritte in die Digitalisierung gemacht, mehr oder weniger erfolgreich; viele proprietäre Lösungen blieben weit hinter den Erwartungen zurück. Entsprechend zurückhaltend sind die Unternehmen nun bei den nächsten Schritten. Damit bleiben sie aber in Bezug auf die Digitalisierung und den mit ihr verbundenen Möglichkeiten für zusätzliche datenbasierte Dienstleistungen rund um Maschinen und Komponenten zurück und verpassen möglicherweise wichtige Innovationschancen. Qualitativ hochwertige Maschinen, Anlagen und Komponenten zu entwickeln, herzustellen und zu liefern wird in Zukunft für den Geschäftserfolg der deutschen Ausrüster nicht mehr ausreichen – sie müssen dringend in datenbasierte Dienste investieren, denn die Kunden von morgen werden diese erwarten. Um die Kräfte bei der Software- und Diensteentwicklung zu bündeln, schlagen die Autoren mehrerer Fraunhofer-Institute die Beteiligung der Ausrüster an industriellen Datenräumen vor: dabei teilen sich die beteiligten Unternehmen die Aufwände zur Entwicklung der ‚Basisdienste‘ und konzentrieren sich vielmehr darauf, Business-Applikationen mit tatsächlichem Kundennutzen zu schaffen. Gleichzeitig gewährleisten Datenräume die Datensouveränität, d.h. die Kontrolle der jeweiligen Dateneigentümer über Daten und deren Nutzung, die sie im Datenraum zur Verfügung stellen, bleibt erhalten. In der hier vorgelegten Studie beschreiben die Autoren zunächst die Branche der Fabrikausrüster und deren Teilbranchen. Basierend auf einer Auswertung aktueller Studien zu Innovationskraft und Digitalisierung der Ausrüsterbranche arbeiten sie heraus, dass es für die Fabrikausrüster höchste Zeit ist, ihr Produktportfolio um digitale Lösungen zu erweitern. Nur so können die Unternehmen den zukünftigen Herausforderungen Stand halten, z.B. Reduzierung der Abhängigkeiten von wenigen Vorleistungslieferanten, verbesserte Resilienz von Lieferketten, Anforderungen an Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft oder dem heute schon spürbaren Fachkräftemangel. Aufbauend auf der Faktenlage und den daraus resultierenden Trends formulieren die Autoren dann thesenartig relevante Entwicklungspfade für die Ausrüsterbranche mit konkreten Vorschlägen bis hin zu neuen Möglichkeiten, Ergebnisse aus F&E-Projekten durch gezielten Einsatz digitalen Wissenstransfers für ausrüstende Unternehmen zu nutzen. Mit der hier vorgelegten Studie stellt der Leitmarkt ‚Anlagenund Maschinenbau‘ der Fraunhofer-Gesellschaft unter Beweis, dass die Fraunhofer Institute über ein umfangreiches Angebot für Fabrikausrüster verfügen, um den Weg in die digitale Zukunft der Branche zielgerichtet, innovativ und investitionssicher zu beschreiten.
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PublicationDeutsche Normungsroadmap Künstliche Intelligenz(DIN, 2022-12-09)
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PublicationML4P - Vorgehensmodell Machine Learning for Production( 2022)Im Leitprojekt Machine Learning for Production (ML4P) gehen wir davon aus, dass die Leistung in modernen Produktionsanlagen - sowohl in der Prozess- als auch in der stückgutproduzierenden Industrie - mithilfe von Maschinellem Lernen optimiert werden kann. Unter der Schirmherrschaft und Koordination des Fraunhofer IOSB bündeln mehrere Fraunhofer-Institute ihre Anwendungserfahrung und Kompetenzen im Maschinellen Lernen zur Erarbeitung von Lösungen für die Industrie. In ML4P werden intelligente Methoden zur Bedarfsdeckung der Industrie formuliert werden und der Weg zu flexiblen, schnell lernenden Anlagen vorbereitet. Eine »lernende Maschine« könnte zum Beispiel den Einbau intelligenter Komponenten oder einen effizienten, ganzheitlichen Umgang mit sehr großen Datenmengen beinhalten.
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PublicationAttacking dynamic power system control centers - a cyber-physical threat analysis( 2021)In dynamic control centers, conventional SCADA systems are enhanced with novel assistance functionalities to increase existing monitoring and control capabilities. To achieve this, different key technologies like phasor measurement units (PMU) and Digital Twins (DT) are incorporated, which give rise to new cyber-security challenges. To address these issues, a four-stage threat analysis approach is presented to identify and assess system vulnerabilities for novel dynamic control center architectures. For this, a simplified risk assessment method is proposed, which allows a detailed analysis of the different system vulnerabilities considering various active and passive cyber-attack types. Qualitative results of the threat analysis are presented and discussed for different use cases at the control center and substation level.
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PublicationOptimal multispectral sensor confgurations through machine learning for cognitive agriculture( 2021)Hyperspectral sensor systems play a key role in the automation of work processes in the farming industry. Non-invasive measurements of plants allow for an assessment of the vitality and health state and can also be used to classify weeds or infected parts of a plant. However, one major downside of hyperspectral cameras is that they are not very cost-effective. In this paper, we show, that for specific tasks, multispectral systems with only a fraction of the wavelength bands and costs of a hyperspectral system can lead to promising results for regression and classification tasks. We conclude that for the ongoing automation efforts in the context of cognitive agriculture reduced multispectral systems are a viable alternative.
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PublicationThe role of digital twins in power system automation and control: Necessity, requirements, and benefits( 2021)Recent developments in information technology and operational technology allow novel approaches to operate the electric power system. Thereby, the innovative Digital Twin (DT) is one of the most promising concepts as it addresses increasing requirements in terms of dynamic effects, cyber-physical anomaly detection, modelling accuracy and operator awareness. Based on a brief description of the DT concept and its requirements, we present the potential of DTs for automating power system operation. Special focus is given to modelling, simulation, and communication aspects. DT applications covering system operator coordination, anomaly detection and the coordination of DT-based models between the control centre and intelligent substations are presented. The user perspective is evaluated to provide applicable services and functions of DT-based control system modules. The concept is validated by exemplary numerical case studies.
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PublicationDeutsche Normungsroadmap Künstliche Intelligenz(DIN, 2020)
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PublicationDigital-Twin based Services for advanced Monitoring and Control of future power systems( 2020)As real-time applications in information technology (IT) and operational technology (OT) advance, new innovative concepts become possible. IT/OT convergence opens new pathways to design and operate intelligent cyber-physical systems, such as the Digital Twin (DT) concept, which has been discovered as key technology by several industries. This paper describes how centralized and decentralized DTs can help to monitor and control future power systems with special consideration of their interaction in case of corrupted communication from cyber-attacks. While the virtual representation of substations is regarded from the edge computing perspective the control room of the interconnected power system represents the centralized perspective. The concepts allows to have a system wide perspective, while also keeping detailed information at hand. The future system operator in the control room will benefit from services provided by DTs analytical and control features, rising resilience to cyber-physical anomalies and enhance situational awareness.
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PublicationA new development platform for the next generation of power system control center functionalities for hybrid AC-HVDC transmission systems( 2017)New technologies, such as HVDC-links, will play a major role in future transmission system operation. The application of HVDC systems or flexible AC transmission systems (FACTS), introduce new fast dynamics, which add controllability to the power system. Additionally, state of the art technology such as phasor measurement unit (PMU) based wide area monitoring systems (WAMS) enables new methods for the next generation of power system monitoring and control systems. To develop new functionalities for control centers a new development platform for dynamic simulation studies of control and operation functionalities for AC-HVDC systems is introduced. Therefore, a detailed understanding of every component of the distributed system is required. Hence, this paper discusses the components of the development platform comprising a real-time hardware in the loop (HIL) simulation system, the communication system and the control center itself. Furthermore, first new control center functionalities are also described in this paper.
