Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

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Die Zukunft fährt selbst. Anwendungsfälle, Chancen, Herausforderungen und Handlungsempfehlungen für die autonome Mobilität der Zukunft

2023 , Boispéan, Stéphane du , Hartmann, Volker , Kiebel, Marc , Miller, Andrea , Pape, Rüdiger , Schellert, Maximilian , Schulz, Holger , Teer, Nathalie , Wigger, Jonas , Wolfert, Michael , Ziehn, Jens , Teer, Nathalie

Die Technologie des automatisierten und vernetzten Fahrens entwickelt sich rasant. Einerseits eröffnet sie Lösungen und Anwendungsfälle für die Mobilitätswende, die vor wenigen Jahren noch in weit entfernter Zukunft schienen. Andererseits haben die Technologie und deren rasante Entwicklung massive Auswirkungen auf die Industrie und stellen diese vor dem Hintergrund ihrer digitalen Transformation vor große Herausforderungen: Die Automobilindustrie trifft auf neue, technologiegetriebene Player, die auf den Markt drängen und sie insbesondere im internationalen Kontext unter Druck setzen. Doch nicht nur die Industrie und die Technologie selbst erfahren eine rasante Entwicklung, auch die rechtlichen Rahmenbedingungen wurden in den letzten Jahren entschlossen und in hoher Geschwindigkeit vorangebracht: Deutschland und die Europäische Union haben mit ihren Rechtsrahmen zum autonomen Fahren eine sehr gute Basis geschaffen, die autonome Mobilität auf die Straße zu bringen - der regulatorische Rahmen ist ein starker Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Ländern der Welt. Allerdings geht es nun darum, diesen zügig und konsequent umzusetzen, um die Technologie schnellstmöglich auszurollen. Dieses Whitepaper greift diese vielseitigen Chancen und Herausforderungen auf und stellt diese anhand konkreter Anwendungsfälle aus der Wirtschaft dar. Ziel ist es, einerseits einen Überblick über verschiedene Lösungen und Anwendungen zu geben und diese damit greifbarer zu machen. Andererseits werden auf Basis der Anwendungsfälle jedoch insbesondere Handlungsempfehlungen für Politik und Wirtschaft abgeleitet. Dabei beantwortet das Papier die folgenden Fragen: - Welche Möglichkeiten ergeben sich durch das autonome und vernetzte Fahren für den Personen- und Gütertransport? - Wie kann das autonome Fahren zur Mobilitätswende beitragen? - Vor welchen Herausforderungen stehen einzelne Akteure sowie auch die Branche insgesamt? - Was kann die Politik tun, um den Roll-out der Technologie voranzutreiben und die Anwendungsfälle auf die Straße zu bringen? - Und was könnten Stakeholder selbst tun, um den Prozess sicher und effizient zu gestalten? Schlussendlich möchte dieses Papier auch zu einem Dialog und zu einer verstärkten Zusammenarbeit zwischen Politik, Verwaltung, Wissenschaft, Technologie- und Mobilitätsunternehmen anregen.

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PFDL: A Production Flow Description Language for an Order-Controlled Production

2022 , Detzner, Peter , Ebner, Andreas , Hörstrup, Maximilian , Kerner, Sören

In Industry 4.0, the order-controlled production (OCP) is an order-centric manufacturing approach. Among others, OCP favors a dynamic (re-)assignment of production resources that are required to execute the order. In this paper, we propose a uniform description format of production processes - the Production Flow Description Language (PFDL) - a fully automated processable input for OCP environments. The PFDL enables flexible use of existing production resources by taking advantage of the increased factory floor connectivity. Compared to existing solutions, the PFDL supports concurrency, data handling between processes, synchronization, and flow control.

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BauCycle - Verwertungsstrategie für feinkörnigen Bauschutt

2018 , Dittrich, Sebastian , Thome, Volker , Nühlen, Jochen , Gruna, Robin , Dörmann, Joseph

Das Fraunhofer-interne Projekt "BauCycle" entwickelt eine ganzheitliche Verwertungsstrategie für feinkörnigen Bauschutt, welcher bisher meist ungenutzt auf Deponien verbracht wird. In einem ersten Schritt wurde eine Methodik zur "chemischen" Sortierung von Bauschutt kleiner 2 mm entwickelt um Störstoffe wie Gips selektiv aus Beton oder Kalksandstein austragen zu können. Basierend auf den Sortiermöglichkeiten fand die Entwicklung von Bauprodukten mit einem signifikanten Anteil an Bauschutt statt. Es konnte ein Porenbetonstein hergestellt werden bei dem der Primärrohstoff Sand zu 30 Ma.-Prozent durch feinkörniges Bauschuttmaterial ersetzt werden konnte. Zudem wurde ein Akustikputz für Innenanwendungen entwickelt, welcher absolut vergleichbar zu marktüblichen Produkten ist. Neben der Entwicklung neuer Produkte steht auch die Betrachtung geltender Richtlinien im Hinblick auf den Einsatz von neuentwickelten Baustoffen sowie deren ökologische Wirkung im Fokus. Dazu wurden relevante Indikatoren wie Rohstoffqualität und -verfügbarkeit definiert und für eine Modellregion dargestellt. Dies geschah nicht zuletzt unter Berücksichtigung logistischer Parameter. Der finale Schritt im Projekt ist die Implementierung einer Handelsplattform über welche Bauschuttfraktionen bedarfsgerecht angeboten bzw. nachgefragt werden können.

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Innovative Informationstechnik revolutioniert die Industrie

2014 , Bauernhansl, Thomas , Beyerer, Jürgen , Ten Hompel, Michael

Der Begriff »Industrie 4.0« bewegt Wirtschaft, Forschung und Politik in Deutschland; aber auch andere Länder beobachten diese Entwicklung bei uns. Was verbirgt sich hinter dem Schlagwort? Was ist neu daran? Welche Paradigmen liegen ihm zugrunde, welche Technologien brauchen wir zur Umsetzung, und wie werden sich in der Folge unsere Produktionsweise, unsere Arbeitswelt und unsere Wirtschaft verändern? Der technologische Wandel manifestiert sich u. a. in der Entwicklung und Einführung autonomer cyberphysischer Systeme (CPS). Dazu gehören »intelligente« Maschinen und Anlagen: Sie haben eine Identität, sie kommunizieren miteinander und mit der Umgebung, sie konfigurieren sich selbst, speichern Informationen, und am Ende organisieren sie sich auch dezentral selbst. Diese Systeme bewirken eine umwälzende technische Erneuerung von Produktion und Logistik, eine erhebliche Steigerung der Produktivität und damit einhergehend des Arbeitsangebots. Sie verändern In der Industrie das sozlotech- nische System-also die Kooperation zwischen Menschen und Technik - ebenso wie das Management. Einige Technologien, die heute das Label »Industrie 4.0« tragen, sind nicht fundamental neu. Ihre Ansätze existieren schon länger, werden aber nun griffig zusammengefasst, in einen Gesamtzusammenhang gestellt und zur Vision einer vierten industriellen Revolution weiterentwickelt. Für viele der Ansätze verfügen wir allerdings erst heute über die notwendigen informations- und kommunikationstechnischen Voraussetzungen, um sie In der Praxis umzusetzen.

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Manufacturing-X: Die Branche der Fabrikausrüster

2023 , Sauer, Olaf , Haller, Marc Leon , Wagner-Sardesai, Saskia , Henke, Jürgen , Schmelting, Jürgen , Meyer, Tom , Kujath, Marc , Seidel, Holger , Kuhn, Thomas , Schnicke, Frank , Harst, Simon , Wenzel, Ken , ten Hompel, Michael , Henke, Michael , Clausen, Uwe , Ihlenfeldt, Steffen

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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SWAP-IT: A Scalable and Lightweight Industry 4.0 Architecture for Cyber-Physical Production Systems

2022 , Lünsch, Dennis , Detzner, Peter , Ebner, Andreas , Kerner, Sören

In recent years, various abstract and practical architectures have been proposed in the context of Industry 4.0. While these architectures focus on different aspects, their common goal is to facilitate the transformation of a static production into a flexible, resilient, interconnected cyber-physical production system (CPPS). However, reviewing those reveals that a general procedure for applying those architectures is missing. In this paper, we propose a modular, scalable and lightweight architecture utilizing simplified semantic information models. We also present an integration guide that helps factory owners and process engineers to apply the proposed architecture. Furthermore, we also show how the factory operators can make architectural decisions according to their needs. This approach will help speed up the application of the architecture for the realization of a modular and scalable CPPS.

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IDS Reference Architecture Model. Industrial Data Space. Version 2.0

2018 , Otto, Boris , Lohmann, Steffen , Steinbuss, Sebastian , Teuscher, Andreas , Auer, Soeren , Boehmer, Martin , Bohn, Juergen , Brost, Gerd , Cirullies, Jan , Ciureanu, Constantin , Corsi, Eva , Danielsen, Soeren , Eitel, Andreas , Ernst, Thilo , Geisler, Sandra , Gelhaar, Joshua , Gude, Roland , Haas, Christian , Heiles, Juergen , Hierro, Juanjo , Hoernle, Joachim , Huber, Manuel , Jung, Christian , Juerjens, Jan , Kasprzik, Anna , Ketterl, Markus , Koetzsch, Judith , Koehler, Jacob , Lange, Christoph , Langer, Dorothea , Langkau, Joerg , Lis, Dominik , Loeffler, Sven , Loewen, Ulrich , Mader, Christian , Menz, Nadja , Mueller, Andreas , Mueller, Bernhard , Nagel, Lars , Nagel, Ralf , Nieminen, Harri , Reitelbach, Thomas , Resetko, Aleksei , Pakkala, Daniel , Patzer, Florian , Pettenpohl, Heinrich , Pietzsch, Rene , Pullmann, Jaroslav , Punter, Matthijs , Quix, Christoph , Rohrmus, Dominik , Romer, Lena , Sandloehken, Joerg , Schoewe, Patrick , Schulz, Daniel , Schuette, Julian , Schweichhart, Karsten , Sol, Egbert-Jan , Sorowka, Peter , Spiegelberg, Gernot , Spiekermann, Markus , Spohn, Christian , Stoehr, Gerrit , Thess, Michael , Tramp, Sebastian , Wappler, Mona , Weiergraeber, Ann-Christin , Wenzel, Sven , Wolff, Oliver , Woerner, Heike

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Digitalisierung des Auftragsabwicklungsprozesses mit neuem ERP System

2022 , Kompalka, Katharina , Arbesun Perez, Nissrin

Automatisierte Prozesse, bessere Verknüpfung der IT-Systeme, höhere Transparenz, wirkungsvolle Synergieeffekte in den Unternehmensbereichen: Wenn Unternehmen ihre Prozesse im Vertrieb, Einkauf, Logistik und Finanzbuchhaltung digitalisieren, können viele Potenziale erschlossen werden. Hierzu ist jedoch der Einsatz eines modernen ERP-Systems erforderlich. Das Fraunhofer IOSB-INA hat sich dieser Aufgabenstellung in Kooperation mit dem Fraunhofer IML angenommen und ein ERP-Auswahlprojekt durchgeführt. Gefördert wurde das Projekt durch einen it´s OWL Transfergutschein.

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Reference Architecture Model. Version 3.0

2019 , Otto, Boris , Steinbuss, Sebastian , Teuscher, Andreas , Lohmann, Steffen , Bader, Sebastian , Birnstil, P. , Böhmer, M. , Brost, G. , Cirullies, J. , Eitel, A. , Ernst, T. , Geisler, S. , Gelhaar, J. , Gude, R. , Haas, C. , Huber, M. , Jung, C. , Jürjens, J. , Lange, C. , Lis, D. , Mader, C. , Menz, N. , Nagel, R. , Patzer, F. , Pettenpohl, H. , Pullmann, J. , Quix, C. , Schulz, D. , Schütte, J. , et al.

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Das Verbundprojekt BauCycle - von feinkörnigem Bauabbruch zu funktionalen Baumaterialien und Bauteilen

2016 , Dittrich, Sebastian , Dörmann, Joseph , Gruna, Robin , Nühlen, Jochen , Thome, Volker

Keine andere Branche ist so ressourcenintensiv wie die volkswirtschaftlich bedeutsame Herstellung und Verarbeitung von Steinen und Erden - etwa 19 Tonnen pro 1.000 EUR Bruttowertschöpfung im Jahr 2008 - und keine andere Branche verursacht mehr Abfälle. Gleichzeitig findet nur in geringem Umfang - etwa fünf Prozent, - ein hochwertiges Recycling auf Produktniveau statt. Der meiste Abfall landet im Unterbau von Straßen, findet Verwendung als Füllmaterial oder wird direkt deponiert.

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