LEHRSTUHL

INTEGRIERTE AUTOMATION

Ausgangspunkt des Projektes ist die durch die Plattform I4.0 beschriebene Position: "Interoperabilität ist die Basis für Industrie 4.0 und sichert offene und plurale Märkte". Im Jahr 2021 wurde die "Industrial Digital Twin Association - IDTA" gegründet, die die Konzepte vor allem der Verwaltungsschale national und international voranbringen wird. Das Projekt IDTV begleitet dieses Konzept des Digitalen Zwillings der Plattform I4.0 in allen ihren Erscheinungsformen, d.h. die passiven, die reaktiven sowie den autonom agierenden reaktiven Verwaltungsschalen.
Die Aufgabe besteht darin, Interoperabilität sowohl konzeptionell als auch praktisch zu unterstützen. In einem virtuellen Testbed werden individuelle Einzellösungen sowie Verwaltungsschalenumsetzungen verschiedener Firmen und anderer konsortialer Projekte zusammengebracht. In einem deutschlandweiten Demonstrator werden die erarbeiteten Konzepte und Methoden in einem firmenübergreifenden Ökosystem definiert und evaluiert.

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Eine effiziente Produktionsplanung und -steuerung ist prinzipiell stark von einer präzisen und vorausschauenden Instandhaltungsplanung abhängig. Basierend auf einer ausreichenden Datenqualität sollten Maschinenausfälle korrekt prognostiziert werden, um notwendige Gegenmaßnahmen wie z. B. die Umplanung bzw. Neuplanung von Aufträgen schnellstmöglich einzuleiten. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) können eine solche Datenbasis aufgrund begrenzter Ressourcen und der nicht wirtschaftlichen Nachrüstung von Bestandsmaschinen oftmals nicht vorhalten. Folgende Limitierungen für eine praxisnahe Überführung sind ausschlaggebend:

1. Notwendige Maschinendaten für maschinenindividuelle Instandhaltungsprognosen sind in der Praxis kaum vorhanden. Maschinenindividuelle Instandhaltungsprognosen sind damit bisher nicht realisierbar.

1. Es existiert zumeist keine einheitliche Anbindung für Maschinendaten.

1. Es findet zumeist keine Verknüpfung mit Produktionsplanungs- und Steuerungssystemen statt.

Daher ist es das Ziel des Verbundprojekts "BaSys4iPPS", eine Methode zur integrierten Produktions- und Instandhaltungsplanung für Werkzeugmaschinen im Bestand von KMU zu entwickeln und mithilfe der BaSys-Referenzarchitektur umzusetzen. Dieses Szenario wird an realen Werkzeugmaschinen der Lauscher Präzisionstechnik GmbH (Lauscher) erprobt, die als repräsentatives KMU der Zerspanungsindustrie angesehen werden kann. Damit soll eine signifikante Reduzierung unerwarteter Produktionsstillstände und eine deutliche Erhöhung der Planungssicherheit ermöglicht werden.

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Ziel des Projektvorhabens ist die Entwicklung von einer intelligenten, motorisierten Orthese, welche aktiv spastische Erscheinungen am Sprunggelenk neutralisieren kann. Die zu entwickelnde Funktions- und Rehabilitationsmittel (Moto-AFO) soll vor, während und nach dem therapeutischen Training die spastischen Erscheingungen funktionell neutralisieren, so dass die Trainingszeit effizienter für die eigentliche Therapie genutzt werden kann und Therapieerfolge langfristiger gesichert werden können. Die Orthese unterstützt den Therapeuten, indem es auf die spastischen Erscheinungen aktiv einwirkt, so wie es der Therapeut machen würde. Dadurch kann sich der Therapeut schneller und intensiver auf das eigentliche Training konzentrieren. Das Orthesensystem besteht aus einem elektrisch angetriebenen Unterschenkel-Fuß Modul mit erkennender, messender Sensorik und regelnder Aktorik. Die Sensoren sollen der Spasmuserkennung dienen, um die Krafteinwirkung der aktiven Orthese dynamisch an die Spasmusausprägung des Patienten anpassen zu können.

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Die Plattform I4.0 steht für gemeinsame Handlungsempfehlungen für alle Akteure der digitalen Transformation in der deutschen Industrie. Die AG1 "Referenzarchitekturen, Standards & Normung" entwickelt grundlegende Konzepte für Standards des industriellen Internets und bringt sie in die Standardisierungsaktivitäten verschiedener Akteure ein - auf nationaler wie internationaler Ebene. Die Unterarbeitsgruppe (UAG) "Durchstichprojekte" initiiert und katalysiert die Validierung von Standards und die Identifikation von Standardisierungslücken durch praxisnahe Umsetzungen von Industrie 4.0-Anwendungsfällen. Durch die ZVEI - SG 2 "Modelle & Standards" wurden in Zusammenarbeit mit der Plattform Industrie 4.0 zwei "Tage der Verwaltungsschale" durchgeführt. Im Ergebnis erklärten sich zehn Projekte, Initiativen und Unternehmen interessiert, eine interoperable Umsetzung des Konzepts der Verwaltungsschale (VWS) anzustreben. Das Projekt "Verwaltungsschale vernetzt" ist der nächste Schritt auf dem Weg zur Interoperabilität von Verwaltungsschalen.
Ziel des Projektes ist die Sicherstellung der Interoprabilität unterschiedlicher Implementierungen der VWS verschiedener Unternehmen und Institutionen. Dazu soll ein Testbed dienen, in dem die bereits existierenden Demonstratoren zusammengeführt werden. Das Testbed entwickelt sich schrittweise während des Projektes in seiner Struktur und Funktionalität von einem zentralisierten homogenen Ausgangspunkt hin zu einem dezentralen heterogenen System. In vier Meilensteinen wird der Grad der Interoperabilität zwischen den Verwaltungsschalen der verschiedenen Teilnehmer so weit erhöht, dass jede beteiligte Verwaltungsschale im Anschluss an das Projekt eigenständig als Referenz für weitere Verwaltungsschalen agieren kann.

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Die zunehmende Digitalisierung der Wirtschaft und Gesellschaft verändert die Art und Weise, wie produziert wird. Die Initiative Industrie 4.0 bietet erste Konzepte zur Gestaltung der Wandlung der Industriellen Produktion zu einem vernetzten, intelligenten, selbstorganisierenden System. Einer der zentralen Ansatzpunkte ist die sogenannte Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, kurz: AAS) als die digitale Repräsentation von Assets. Für alle Typen von Assets müssen ihre AASs entwickelt werden. Hauptziel des Projektes ist es, bestehende Ansätze zur Definition von AASs zu detailllieren und praxistauglich zu machen.
Dazu soll ein Konfigurationsassistent für eine konfigurierbare Implementierung von AASs entwickelt werden. Eine Herausforderung besteht darin, AASs in einem I4.0-System interoperabel miteinander interagieren zu lassen. Dies wird durch ein formalisiertes Informationsmodell der AAS erreicht. Durch Konfiguration müssen die Informationsquellen für jeden Assettyp in das formalisierte AAS-Modell abgebildet werden. Die Zuordnung von Daten von Assets zum Informationsmodell der AAS wird mit intelligenten Methoden unterstützt.
Der sich aus dem Projekt ergebende Mehrwert wird ein einem Demonstrator anhand von gemeinschaftlichen I4.0-relevanten Anwendungsszenarien veranschaulicht.

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Bei den durchzuführenden wissenschaftlichen Arbeiten soll die Integration der realen Welt (Feldgeräte) in die Informationswelt (M+O-Applikationen) über einen zweiten Kommunikationskanal erfolgen.
 
Hierbei dient ein Server als übergeordnetes IT-System, welches den Zugang zu Daten und Funktionalitäten mehrerer Assets in einem gemeinsamen semantischen Datenraum bereitstellt, statt jedes Asset mit einer eigenen Hosting-Funktionalität auszustatten. Hierzu wird ein auf den Teststand zugeschnittener Anwendungsfall entworfen.

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Bei den durchzuführenden wissenschaftlichen Arbeiten sollen Kommunikationsprotokolle ihrem Zweck entsprechend auf die Interaktion zwischen Automatisierungsgeräten zugeschnitten werden. Die Interaktion zwischen Verwaltungsschalen haben jedoch weiterführende Anforderungen, deren Auswirkungen auf die bisher zum Einsatz gelangenden Protokolle und Technologien hinsichtlich Performance, Skalierbarkeit und prinzipieller Eignung nicht systematisch untersucht worden sind. Mit dieser Problematik soll sich nun auseinandergesetzt werden.

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Bei den durchzuführenden wissenschaftlichen Arbeiten soll ein Technologiemapping von AIN zu OPC UA bzgl. der Informationsmodellierung erarbeitet werden. Eine mögliche Umsetzung dieses Mappings kann AIN in die Lage versetzen, als Realisierungsmittel für I4.0-Anwendungsszenarien Verwendung zu finden. Auch kann AIN den Standardisierungsprozess in der Plattform positiv beeinflussen und ggf. als Referenzimplementierung wirken.

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Es werden für Klassen von Maschinen Companion Standards entwickelt, in denen Merkmale, Variablen, Parameter und Funktionen der Maschinen und Geräte für die Interation definiert werden. Bei diesem Projekt werden diverse Anforderungen an I4.0-Komponenten und den Verwaltungsschalen gestellt.

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PROFINET hat sich in der industriellen Produktion als Standard etabliert. Das Konzept der "Digitalen Fabrik" bringt neue Technologien in die Automatisierungstechnik. Dazu gehört auch die Virtualisierung von einzelnen Komponenten. PROFINET-Devices sollen deshalb in einer virtuellen Umgebung zur Abarbeitung gebracht werden.
Wesentlicher Fokus in diesem Projekt ist es, zunächst PROFINET-Treiber in die virtuelle Umgebung zu bringen.

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Heutzutage ist der energieminimale Betrieb von Kompressorenstationen ein Thema, welches immer mehr in den Fokus rückt. Aber auch der langjährige Einsatz von Kompressoren mit sehr geringem Instandhaltungsaufwand spielt eine für den Anlagenbetreiber entscheidende Rolle. Zur Erreichung des zweiten Zieles kommt ein umfassendes Condition Monitoring zum Tragen. Um den Aufwand für den Betreiber möglichst gering zu halten, kann eine übergeordnete Kompressorensteuerung, welche nur geringe Investitionskosten nach sich zieht, einen Kompromiss beider Ziele automatisch erreichen. Dazu ist nicht nur eine einfache Druckregelung, sondern auch ein komplexer Optimierungsalgorithmus notwendig. Letzterer legt die Priorisierung der Kompressoren in Abhängigkeit vom Druckluftbedarf, aber auch von den aktuellen Zuständen der Kompressoren fest. Für die Umsetzung existieren zwei Ansätze, den zentralen und dezentralen, welche beide Vor- und Nachteile aufweisen. Beim zentralen Ansatz steuert eine einzelne SPS über einen Feldbus oder zusätzliche Ein-/Ausgabebaugruppen die Kompressoren an. Beim dezentralen Ansatz teilen sich einzelne Kompressorenknoten die Algorithmenumsetzung untereinander auf.

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Der Schlaganfall gehört zu den häufigsten Erkrankungen und betrifft allein in Deutschland ca. 260.000 Menschen jährlich [1]. Hierbei stellen motorische Funktionsstörungen die häufigsten neurologischen Ausfallerscheinungen bei den Überlebenden dar. Ziel der Rehabilitationsbehandlung ist es, verloren gegangene Fähigkeiten durch die Neustrukturierung des Gehirns wiederzuerlangen (Neuroplastizität). Speziell für die Gangrehabilitation ist neben den durch die Bewegung ausgelösten Nervenreizen auch eine Stimulierung der Rezeptoren in der Fußsohle durch Stand- und Gehbelastung erforderlich [2]

Mehrere Studien haben bestätigt, dass der Therapieerfolg positiv mit einem frühen Beginn, einer höheren Intensität und einem aufgaben-spezifischen Training korreliert [3]. Durch den erheblichen personellen und finanziellen Therapieaufwand ergeben sich im klinischen Alltag allerdings Restriktionen, die oftmals eine optimale Trainingshäufigkeit verhindern. Die technologische Unterstützung der Gangrehabilitation kann dem entgegenwirken. Existierende medizinische Systeme, die das Ziel haben, das Training zu intensivieren, sind jedoch sehr platzintensiv und stationär oder ermöglichen kein Training in einer aufrechten Haltung, um die Fußsohlen zu reizen.

Das Forschungsprojekt konzentriert sich deshalb auf die Konzepterstellung, Entwicklung und Validierung eines neuartigen Trainingsgerätes zur Gangrehabilitation motorisch geschädigter Schlaganfallpatienten. Bei diesem Trainingsgerät soll es sich um eine mobile und aktive Beinscheine handeln, die das Training in der Rehabilitationsklinik um einen neuen gerätegestützten Ansatz erweitert. Vor allem werden Übungen in der Frührehabilitation, aber auch in den weiterführenden Rehabilitationsphasen unterstützt. Der Einsatz dieses Trainingsgerätes soll die Intensität der Übungen erhöhen, die Patientensicherheit durch Stabilisierung der notwendigen Gelenke verbessern und die betreuenden Therapeuten entlasten.

_{[1] Heuschmann P., Busse O., Wagner M., et al. (2010). Schlaganfall-häufigkeit und Versorgung von Schlaganfallpatienten in Deutschland. Aktuelle Neurologie 37 (7), S. 333-40.
[2] Dietz, V. (2004). Locomotor activity in spinal cord-injured persons. Journal of Applied Physiology 96 (5), 1954-60
[3] Nelles, G. (Hrsg.) (2014). Neurologische Rehabilitation. 115 Tabellen. Stuttgart [u.a.].}

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Heutige Leitsysteme würden einen Engineeringprozesse benötigen, der wegen der vorhandenen Hierarchie vom Sensor über die Steuerung bis zum Leitsystem Eingriffe erfordern würde. Dieser hohe Aufwand macht aber mit unter den potentiellen Nutzen der m+0-Funktionen zu Nichte bzw. wird aus Gründen der Tatsache, ein lauffähiger System zu verändern, nicht vorgenommen. Diese Situation zeigt auch die etwas starren und geschlossenen Strukturen der Leitysteme. Hier setzt das NOA (NAMUR Open Architecture)-Konzept an.

Ausgangspunkt des Projektes sind die beschriebenen Szenarien, die in der NOA-NE zu untersetzen gilt. Sie werden in Form von Sequenzdiagrammen zwischen allen Beteiligten detailliert, um die Rollen und autauschenden Daten zu erkennen (Erstellung eines Informationsmodells).

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Ziel dieses Verbundvorhabens ist die nachhaltige Etablierung deutscher Standards und Normen als Basis zur internationalen Normung und Standardisierung im Kontext von Industrie 4.0.

Kernthemen zur semantischen Beschreibungen bilden die

- Beschreibung mit Merkmalen (insbesondere eCl@ss/IEC 61987 und die
- Strukturierung von Informationen (insbesondere AutomationML (IEC 62714)).

Die Normen und Standards bzw. die sie unterstützenden Organisationen bilden damit perspektivisch eine Semantische Allianz für Industrie 4.0 daher das Akronym SemAnz40.

Insbesondere werden die Teilziele
- Gerätebeschreibung durch die Otto-von-Guericke-Universität,
- Durchgängige Informationsnutzung durch den Projektpartner Helmut-Schmidt Universität, 
- Semantische Produktbeschreibungen durch den Projektpartner eCl@ss und
- Werkzeugunterstützung durch den Projektpartner Rösberg

vorangetrieben.

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Mit dem Einzug der Ethernettechnologie in die Feldebene der Automatisierungstechnik steigt die Bedrohung durch unbeabsichtigte oder beabsichtigte Beeinflussung der AT-Gerätefunktionen. Fehlbedienungen und bewusste Angriffe über die nun vorhandenen IP-Zugänge können zur Veränderungen in den Geräten führen, die den zu steuernden Prozess beeinflussen, ja sogar in gefährliche Situationen bringen. Dies gilt es mit allen Mitteln zu vermeiden.

Bisher wird jedoch IT-Sicherheit noch mehrheitlich als organisatorische Maßnahme in der industriellen Produktion wahrgenommen. Technische Maßnahmen, wie z.B. Firewalls, VPN und Verschlüsselung werden noch nicht bei AT-Geräten eingesetzt.
Hauptziel des Vorhabens ist die Entwicklung der Hard- und Software einer feldnahen Komponente, in der ein IP-basierter Zugang vorhanden ist und dieser sowohl über Standard-Sicherhietsverfahren (Firewall, VPN, Verschlüsselung) als auch automatisierungsspezifische Protokollanalyse und Diagnosealgorithmen abgesichert wird.

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Entwicklungen im sicherheitstechnischen Umfeld sind durch eine Vielzahl von organisatorischen und technischen Maßnahmen gekennzeichnet, zusätzlich zu den eigentlichen Entwicklungsaufgaben. Diese gelten der Absicherung der Ergebnisse einzelner Entwicklungs­schritte, um z.B. im Sinne der IEC 61508 ein angestrebtes SIL-Niveau zu erreichen. Der Entwicklungsaufwand vervielfacht sich dadurch, was sowohl hohe Kosten verursacht, als auch einen zeitlich verlängerten Entwicklungsprozess hervorruft.

Hauptziel ist es, diesen sicherheitstechnisch bedingten Mehraufwand bei Entwicklungen im eingebetteten Bereich zu senken. Dies bedeutet z.B. weniger manuelle Absicherungsschritte, einfachere Schnittstellen zwischen den Teilgebieten, Arbeitsschritten und Moduldefinitionen sowie vereinfachte Behandlung von Varianten. Alle Maßnahmen sollen bei den abnehmenden Stellen Akzeptanz finden.

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Ziel des Projektes KARTESIS ist die Untersuchung von Konzepten zur hochgenauen Vermessung von Bauteilen und die Ableitung von Designempfehlungen für die Entwicklung eines Messplatzes, mit dem während der kinematischen Vermessung die zuverlässige Ermittlung der geometrischen Parameter unter normalen Instandhaltungsbedingungen ermöglicht wird. Die zu untersuchenden Konzepte basieren auf der RFID-Technologie, die hier neben der Nutzdatenübertragung zusätzlich zur Gewinnung der räumlichen Position angewendet werden soll.

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In laufenden vorwettbewerblichen Aktivitäten der Initiative Industrie 4.0 entstehen verschiedene Ansätze für Modelle, Schnittstellen, Austauschformate, Beschreibungssprachen u. a. m. In diesem Projekt wird mitgewirkt, dass diese Ansätze mit den existierenden Standards harmonisiert oder Übergänge zwischen den neuen Ansätzen und den bestehenden Standards geschaffen werden. Das Projekt trägt damit direkt zum Entstehen und der Weiterentwicklung der Roadmap Industrie 4.0 aktiv bei.

Hauptziel des Vorhabens ist es, die Lösungen im Rahmen der Initiative Industrie 4.0 auf die Basis der existierenden Normen und Spezifikationen im Bereich der Automation zu setzen und diese so weiter zu entwickeln, dass in evolutionären Schritten eine Investitionssicherheit für die Stakeholder geschaffen werden kann. Im Wesentlichen werden die folgenden Ziele verfolgt:

• Schaffung der Integrationsfähigkeit zwischen industriellen Kommunikationssystemen und den IP-basierten Internet der Dinge und Dienste. Zwischen den Kommunikationssystemen muss Interoperabilität auf der Ebene der Protokolle und Dienste gegebenenfalls durch Gateways und Mediatoren erreicht werden.
• Durchgängiger Informationsfluss zwischen den Geräten und Komponenten, der Produktion und deren Akteuren. Hier müssen Modelle und semantische Methoden zum Einsatz kommen, um die Bedeutungsinhalte der Datenströme zwischen den Domänen der Produktionssysteme herstellen zu können. Interoperabilität ist hier zwischen den informationsverarbeitenden Geräten und Komponenten auf Modellebene herzustellen.

• Der Lebenszyklus der Produktionsmittel wird sich bei schrittweiser Umsetzung des Industrie-4.0-Konzepts hin zu mehr Flexibilität und Veränderbarkeit entwickeln. Interoperabilität muss hier zwischen den sich ändernden Zusammenhängen der Geräte und Komponenten entlang des Lebenszyklus von der Planung bis zum Betrieb und der Instandhaltung erzielt werden.

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Das Projekt ist dem Bereich der eingebetteten industriellen Systeme, vor allem der Unterstützung des Entwicklungsprozesses für Automatisierungsgeräten zuzuordnen. Ein Hersteller von Feldgeräte muss verschiedene Feldbussysteme unterstützen, um ein möglichst breites Einsatzfeld seiner Produkte zu erreichen. Dabei muss ein Feldgerätehersteller erheblichen Aufwand treiben, um seine Funktionalität auf die Dienste der spezifischen Feldbusse abzubilden. Ziel ist es, die Feldbusspezifika wie z.B. Kommunikationsdienste oder Geräteprofile so in einer generischen Abstraktionsschicht einzubringen, dass die hersteller- und gerätetypspezifische Funktionalität von Automatisierungsgeräten universell anzuschließen ist. Dafür sollen vorgefertigten anpassungsfähige Hard- und Softwaremodule entworfen werden. Dadurch reduziert sich der Entwicklungs- und Wartungsaufwand für verschiedene, feldbusspezifische Varianten eines Gerätes. Im Fokus der Forschung und Entwicklung steht die für Antriebsapplikationen benötigte hohe Performance unter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen der Multicore-Architektur, die durch einen hybriden Modellansatz des Entwicklungsframes umgesetzt werden soll.

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Eine schnelle und reibungslose Abwicklung des gesamten Engineeringprozesses ist immer das gewünschte Ziel aller Projektteilnehmer, das leider noch nicht erreicht ist. Ein bedeutender Flaschenhals liegt in der Phase der Inbetriebnahme, die zwischen der Planung und dem eigentlichen Produktionsbetrieb liegt. Dafür findet die Methode der Virtuellen Inbetriebnahme (VIBN) Anwendung. Trotz der großen Fortschritte, die es in dieser Thematik in den letzten Jahren gegeben hat, gibt es immer noch einige Aspekte, die einem durchgängigen, flächendeckenden Produktiveinsatz in der Automobilindustrie und anderen Produktionsbereichen entgegenwirken. Viele der oben gelisteten Defizite sind auf eine mangelnde Validierungsmethode zurückzuführen. Deswegen setzt das Projekt aufs Ziel, eine methodische Unterstützung zur weiteren Verbesserung der Planung und Entwicklung von Automatisierungssystemen durch projektbegleitende Validierungsschritte während der Projektabwicklung. Zwei wesentliche Funktionalitäten, die Funktionale Virtualisierung und die Funktionale Validierung, sollen die zu erarbeitende Lösung vom Stand der Technik abheben. Dies wird als eine Projektassistenz implementiert.

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Die informationstechnische Vernetzung der verschiedenen Akteure im Verkehrsbereich gewinnt nicht zuletzt aufgrund politische Vorgaben zunehmend an Bedeutung.  Dabei spielt auch die intermodale Vernetzung des Indiviualverkehrs (IV) und des Öffentlichen Verkehrs (ÖV) eine immer größere Rolle. Der Zugang zu den derzeit eingesetzten Systemen bildet jedoch nach wie vor für die angestrebte Vernetzung auf verschiedenen Ebenen eine Hürde, die es zu überwinden gilt. So verwenden die verschiedenen Systeme des IV und ÖV unterschiedliche Modelle zur internen Repräsentation und Verarbeitung der Daten, die nicht zueinander kompatibel sind.
Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es daher ein System zu entwickeln, dass die Modelle der einzelnen zu verbindenden Systeme aufeinander abbildet und damit ineinander überführbar macht, ohne das die Systeme selbst angepasst werden müssen. Durch den Einsatz semantischer Technologien zum Auffinden relevanter Daten anhand ihrer Bedeutung, zur Optimierung von Datenströmen bis hin zur Generierung neuer Daten anhand von implizit vorhandenem Wissen soll dabei auch ein über die Transformation der einzelnen Systemmodelle hinausgehender Mehrwert geschaffen werden.

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Hauptziel des Vorhabens ist die Entwicklung der Hard- und Software einer feldnahen modularen Automatisierungskomponente (Parametrierserver) mit Feldbusanschluss, welche die bewährte Geräte- und Produktdatenbeschreibungstechnologie EDD (Electronic Device Description) und das weiterentwickelte Konzept Field Device Integration (FDI) mit dieser neuen Informationsvorverarbeitung (CEP, ESP) in der Automatisierungskomponente kombiniert. Die Erweiterung der Vorverarbeitung in die Feldebene ermöglicht insbesondere den heute auch in der Automatisierungstechnik gewünschten Einsatz mobiler „Thin-Clients“ (z.B. Handheld, Smartphone, iPad), die vornehmlich der Informationspräsentation dienen.  Dies wird durch dieses Projekt ermöglicht, indem auf dem Parametrierserver die modernen IT Kommunikationsprotokollen wie Ethernet-basierte Web-Services zum Einsatz kommen. Außerdem wird auch die Durchgängigkeit der Informationen vom Feldgerät zu den Standard-Client-Anwendungen wie z.B. zu den Wartungs- und Instandhaltungswerkzeuge, den Produktions-prozessüberwachungs- und –steuerungssysteme  oder zu MES-Systeme verbessert.

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Das Gesamtziel des vom Kultusministerium des Landes Sachsen-Anhalt geförderten Projektes ASIMOF (Altersgerechte und sichere Mobilität in der Fläche) besteht in der Konzeption eines im Hinsicht auf den demographischen Wandel zukunftsfähigen und qualitativ hochwertigen Mobilitätsmanagements in Sachsen-Anhalt. Dafür werden Anforderungen relevanter Zielgruppen mit technischen und organisatorischen Voraussetzungen von  Mobilitätsdienstleistern abgestimmt. Ziel ist die diskriminierungsfreie und personalisierte Bereitstellung von intermodalen Verkehrsinformationen im Rahmen eines integrierten Informations- und Kommunikationskonzeptes auf verschiedenen Endgeräten.

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Ziel des beantragten Projektes ist die Entwicklung eines verteilten Testsystems zur Überprüfung der System-Konformität von Automatisierungsanlagen. Die Testung auf Geräte-Konformität kann dabei als Spezialfall der Testung auf System-Konformität angesehen werden, d.h. das zu entwickelnde Testsystem kann auch für diesen Einsatz genutzt werden. Basis des Tests ist eine formalisierte Spezifikation des Systemverhaltens.
Die Darstellung des zeitlichen Ablaufes und der auszutauschenden Signale werden über Sequenzdiagramme beschrieben. Das Verhalten einer Systemkomponente wird mittels eines Zustandsdiagramms dargestellt. Das Testsystem besteht aus den Komponenten TestSuite Generator, TestShell und TestAdapter. Aus der Spezifikation werden mittels des TestSuite Generators die TTCN-3 Beschreibungen der Testfälle der einzelnen Systemkomponenten (TestSuite Part 1 – Part N) sowie eine Beschreibungdes erwarteten Systemverhaltens (TestSuite   Part Evaluation) erzeugt. Der Testadapter dient sowohl der Ankopplung an das Kommunikationssystem als auch der Ausführung zeitkritischer Bestandteile der Testsuite.

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Der Wunsch, komplexe automatisierte Systeme und Anlagen (z.B. Produktionsanlagen) gesamtheitlich optimal zu betreiben, führt zu einer Zunahme der informationstechnischen Kopplungen zwischen vormals getrennten Regelungs- und Steuerungsaufgaben.
Bedingt durch die räumliche Ausdehnung der Anlagen führt dies zu verteilten Automatisierungssystemen, in denen verschiedene Komponenten Automatisierungsaufgaben ausführen und miteinander über Kommunikationssysteme vernetzt sind.
Herkömmliche Entwurfsmethoden für Automatisierungssysteme fokussieren im Allgemeinen auf zentralistische Strukturen. Auch wenn es inzwischen erste Beschreibungsmittel für verteilte Automatisierungssysteme gibt, so fehlt es an einer Methodik für den systematischen Entwurf solch verteilter Automatisierungssysteme.
"Systematisch" bedeutet dabei, einerseits die besonderen funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen, die sich aus der Verteilung und den Kommunikationserfordernissen ergeben, zu berücksichtigen und andererseits Wiederverwendung von guten Lösungen zu fördern. In diesem Forschungsvorhaben soll eine solche Methodik entwickelt und evaluiert werden. Dafür werden die Systemelemente "Komponente", "Struktur" und "Kommunikation" durch Merkmale beschrieben.
Diese werden mit funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen, die in geeignet erweiterten Beschreibungsmitteln dokumentiert werden, in Beziehung gesetzt.
Dem Ziel der Wiederverwendung soll dadurch Rechnung getragen werden, dass mögliche Automatisierungslösungen in Form von Entwurfsmustern dargestellt werden, die einerseits auf diese Merkmale referenzieren und andererseits diese erweiterten Beschreibungsmittel verwenden.
Die Eignung dieses Ansatzes, den Entwurfsprozess zielgerichtet zu leiten und zu unterstützen, soll in diesem Vorhaben erforscht werden. Die Schwerpunkte des Instituts für Automatisierungstechnik (IFAT) im Projekt sind Engineeringmethoden für Automatisierungssysteme, Kommunikationstechnik, Softwareentwicklungsprozesse für automatisierungstechnische Anwendungen und Informationsmanagement, insbesondere formalisierte Beschreibungen sowie Geräte- und Produktdatenbeschreibungen. Das Projekt wird gemeinschaftlich mit dem Lehrstuhl für Informationstechnik im Maschinenwesen der TU München und der Professur für Automatisierungstechnik der Universität der Bundeswehr Hamburg bearbeitet. (Gemeinsame Projekt-Webseite)

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Schlaganfallpatienten mit einseitigen Lähmungserscheinungen kann man behandeln, indem mit dem gelähmten Bein sehr oft wiederholend die Gehbewegungen durchgeführt werden. Ziel ist es, diese Bewegungen wieder anzulernen. Nach sind dafür neben den durch die Bewegung ausgelösten Nervenreizen auch eine Stimulierung der Mechanorezeptoren in der Fußsohle durch Belastung erforderlich .  Daher ist Durchführung der Behandlung in aufrechter Haltung erforderlich. Aufgrund der Lähmung ist es dem Patienten jedoch nicht möglich, sein Körpergewicht selbst zu tragen, so dass ein entsprechendes Trainingsgerät neben der Bewegungsfunktionalität auch einen dynamischen Ausgleich des Gewichts realisieren. Entsprechende medizinische Systeme sind sehr groß und nur stationär zu betreiben.
Ziel dieses Projektes ist es, eine mobile Bewegungsschiene zu entwickeln, die vom Pflegepersonal und den Therapeuten zum Patienten gebracht werden kann und erheblich preiswerter als bisherige Lösungen ist. Dadurch können sich Krankenhäuser und therapeutische Einrichtungen eher entscheiden, auf diese Behandlungsmethode zurückzugreifen. Dies ist zum Wohle des Patienten und erhöht auch die Chance auf eine Rückkehr in ein selbstbestimmtes Leben.

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Der Wunsch, komplexe automatisierte Systeme und Anlagen (z.B. Produktionsanlagen) gesamtheitlich optimal zu betreiben, führt zu einer Zunahme der informationstechnischen Kopplungen zwischen vormals getrennten Regelungs- und Steuerungsaufgaben. Bedingt durch die räumliche Ausdehnung der Anlagen, führt dies zu verteilten Automatisierungssystemen, in denen verschiedene Komponenten Automatisierungsaufgaben ausführen und miteinander über Kommunikationssysteme vernetzt sind. Herkömmliche Entwurfsmethoden für Automatisierungssysteme fokussieren im Allgemeinen auf zen­tralistische Strukturen. Auch wenn es inzwischen erste Beschreibungsmittel für verteilte Automatisierungssysteme gibt, so fehlt es an einer Methodik für den systematischen Entwurf solch verteilter Automatisierungssysteme. „Systematisch“ bedeutet dabei einerseits die besonderen funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen, die sich aus der Verteilung und den Kommunikationserfordernisse ergeben, zu berücksichtigen und andererseits Wiederverwendung von guten Lösungen zu fördern. In diesem Forschungsvorhaben soll eine solche Methodik entwickelt und evaluiert werden. Dafür werden die Systemelemente „Komponente“, „Struktur“ und „Kommunikation“ durch Merkmale beschrieben. Diese werden mit funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen, die in geeignet erweiterten Beschreibungsmitteln dokumentiert werden, in Beziehung gesetzt. Dem Ziel der Wiederverwendung soll dadurch Rechnung getragen werden, dass mögliche Automatisierungslösungen in Form von Entwurfsmustern dargestellt werden, die einerseits auf diese Merkmale referenzieren und andererseits diese erweiterten Beschreibungsmittel verwenden. Die Eignung dieses Ansatzes, den Entwurfsprozess zielgerichtet zu leiten und zu unterstützen, soll in diesem Vorhaben erforscht werden.

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In vielen Bereichen der Automatisierungstechnik gewinnt der effiziente Informationsfluss zwischen verschiedenen Lebenszyklusphasen, Werkzeugen und den agierenden Ingenieuren immer größere Bedeutung.Insbesondere die stark arbeitsteiligen und iterativen Prozessschritte zwischen einzelnen Gewerken oder beteiligten Projektpartnern bergen hier eine hohe Komplexität zu Fragen der Vollständigkeit und Konsistenz verteilter Informationsquellen, die für einen Arbeitsschritt benötigt werden.      
Forschungsziel des Projektes ist es, eine neuartige methodische Unterstützung bei der Detektion, Analyse und Bewertung bereits vorhandener Planungsinformationen für einen Arbeitsschritt zu entwickeln und zu erproben, die Planungsbüros  eine Assistenz hinsichtlich der semantischen Zuordnung von Informationen zur Wiederverwendung für andere Arbeitsschritte und eine qualitative Folgenabschätzung bei der Weiterführung von Arbeiten bei einem gegebenen und unvollständigen Planungsstand zur Verfügung stellt. Der innovative Gehalt des Forschungsziels ergibt sich aus der Brücke von semantischer Zuordnung von Planungsinformationen zu Arbeitsschritten sowie der Assistenz zur Datenbestandsanalyse und Risikobewertung.

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Die Anforderungen an Fahrzeugsicherheitssysteme aus wettbewerbs- und verkehrspolitischen Gründen steigen stetig. Aus Effizienz- und Kostengründen besteht jedoch die Notwendigkeit, neue Sicherheitsfunktionen durch  Vernetzung einzelner Systeme zu entwickeln. Im Rahmen des Teilprojekts sollen bereits bestehende Funktionen (Aktive und Advanced Crash Detection) überprüft und ggf. optimiert sowie neue Funktionen, v. a. zur Unfallvermeidung (Crash Avoidance), entwickelt werden. Basis für die Funktionserweiterung bilden neuartige Entwicklungsprozesses, bei welchem die neuen Funktionsanforderungen an das Airbagsteuergerät Software Design, die Softwareimplementierung sowie die Steuergeräteeinzel- und Integrationstests zu definieren sind.
Aktuell wird die Vernetzung innerhalb des Fahrzeugs standardmäßig über CAN gewährleistet. Gerade im Hinblick auf die Verarbeitung größerer Datenmengen sowie der verbesserten Übertragungssicherheit, ist eine Verwendung von z. B. FlexRay denkbar, was ebenfalls im vorliegenden Teilprojekt erprobt wird.

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In vielen Bereichen der Automatisierungstechnik gewinnt der effiziente Informationsfluss zwischen verschiedenen Lebenszyklusphasen, Werkzeugen und den agierenden Ingenieuren immer größere Bedeutung. Dabei besteht der Trend, Routinearbeiten des Engineerings durch automatisierte oder teilautomatisierte technische Abläufe abzulösen. Die hohen Innovationsraten und die steigende Komplexität der Geräte erschweren aber genau das dafür benötigte Verständnis der beteiligten Akteure, um einen verlustarmen Informationsfluss umzusetzen. Für Gerätehersteller bedeutet das eine ständige Aktualisierung seiner Produktdaten an die Anfrageformate seiner Kunden.
Forschungsziel ist es, methodische Unterstützung zu entwickeln und zu erproben, sowie eine semantische Plattform mit Software-Wizards zu konzipieren, zu entwerfen und prototypisch umzusetzen, die Entscheidungsunterstützung für Ingenieure bei der Auswahl, Übernahme und Weiterleitung von Informationen im automatisierungstechnischen Planungsumfeld ermöglichen. Der innovative Gehalt dieses Forschungsziels ergibt sich aus der angestrebten Brücke zwischen den strukturellen Produktmodellen und den Wissensmodellen semantischer Netze.

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Produkt- und Produktions-Lifecycle-Prozesse treten immer mehr in den Fokus der Hersteller. Dabei gilt es die gesamten Daten der Produkte, Produktionseinrichtungen und den mit der Herstellung verbundenen Prozessen  so verfügbar zu machen, dass jede Komponente und jeder technisch und organisatorische Prozess, wie z.B. Qualitätsmanagement und Instandhaltungsmanagement über den gesamten Lebenszyklus nachvollziehbar ist. Dies erfordert Informationen über den aktuellen Status des Produktionsprozesses in engem Zusammenhang mit strukturellen und beschreibenden Details der Maschinen, Anlagen und Automatisierungsmitteln.Ziel des beantragten Vorhabens ist die Schaffung einer auf wissensbasierten Methoden  konfigurierbaren Interface-Komponente, die für die unterschiedlichen produktionstechnischen und betriebstechnischen Aufgabenstellungen sowohl online-Daten aus dem Produktionsprozess als auch Informationen über Maschinen und Anlagen aus Planung und Dokumentation akquirieren kann. Diese Interfacekomponente wird im Rahmen dieses Forschungsvorhabens als regelbasierter Automation Mapper bezeichnet.

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Als Beitrag zur Hightech-Strategie der Bundesregierung unterstützt der Industriekreis Augmented Reality mit seinem Positionspapier "Virtuelle Technologien und reale Produkte" die Weiterentwicklung virtueller Technologien. Diese Initiative fand Eingang in die Definition eines von vier Technologieverbünden im Rahmen von IKT2020, in dem das Projekt AVILUS einen signifikanten Beitrag leistet. Das Projekt wird am ifak e.V. Magdeburg bearbeitet. Im Rahmen der engen Kooperation zwischen dem Lehrstuhl "Integrierte Automation" und dem ifak wird vor allem ein mechatronische Modell sowie die anwendungsbezogenen Themen der virtuellen Inbetrienahme und der Austaktung von Fertigungszellen bearbeitet. Das Projekt AVILUS wird durch Mitarbeiter des Lehrstuhl unterstützt.

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Profile für Automatisierungsgeräte an industriellen Kommunikationssystemen sind funktionale Festlegungen, die sich auf die Anwendungsfunktionen, deren Variablen und Parameter sowie deren dynamischen und statischen Eigenschaften beziehen. Hersteller vereinbaren, dass die Geräte sich entsprechend der Profilfestlegungen verhalten. Damit sind der Profilentwicklungsprozess und der der Geräte- und Subsysteme eng miteinander verwoben.
Die Profilqualität bezogen auf die Korrektheit und die Dokumentation der Festlegungen bestimmt den Aufwand bei der Umsetzung der Profile bei den Geräteherstellern und auch die Akzeptanz bei den Anwendern. Deshalb soll basierend auf der internationalen Festlegungen nach IEC 62390 und den daraus abgeleiteten Profil-Guideline für PROFIBUS und PROFINET den Profilentwicklern Werkzeugunterstützung basierend auf UML an die Hand gegeben werden. Dadurch werden sie besser in die Lage versetzt, den Profilentwicklungsprozess systematisch abzuarbeiten und ein hohes Maß an Unterstützung dabei zu erfahren. Simulation der Spezifikationen und Testfolgenableitungen sind zusätzliche Aktivitäten, die auf der UML-Spezifikation aufsetzen können.

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Im heutigen Planungsprozess automatisierungstechnischer Anlagen herrscht vorwiegend eine strikte Trennung zwischen den an der Planung beteiligten Fachdisziplinen Mechanikkonstruktion, Elektrokonstruktion, Robotik und Steuerungstechnik. Jeder Bereich setzt seine eigenen Methoden und Werkzeuge ein, die Dokumentation der Planungsergebnisse erfolgt demnach in unterschiedlichen und meist nicht kompatiblen Datenformaten. Dies erfordert häufig eine manuelle Mehrfacheingabe von Planungsergebnissen und verursacht unkontrollierte Datenredundanzen. In dem Projekt soll das Konzept eines gesamtheitlichen mechatronischen Modells für Fertiungsanlagen entwickelt werden.

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In vielen Bereichen der Automatisierungstechnik gewinnt der effiziente Informationsfluss zwischen verschiedenen Lebenszyklusphasen, Werkzeugen und den agierenden Ingenieuren immer größere Bedeutung. Dabei besteht der Trend, Routinearbeiten des Engineerings schrittweise durch automatisierte oder teilautomatisierte technische Abläufe abzulösen. Die hihen Innovationsraten und die steigende Komplexität der Geräte und Komponenten erschweren aber genau das dafür benötigte gegenseitige Verständnis der beteiligten Akteure, um einen verlustarmen Informationsfluss umzusetzen. In verschiedenen IT-Bereichen haben wissensbasierte Technologien im Sinne des Semantic Web Einzug gehalten, die es ermöglichen, sonst nur durch das Kontextwissen des Menschen interpretierbare Informationen auch für Rechnersysteme zugänglich zu machen. Diese Technologien finden gegenwärtig im automatisierungstechnischen Umfeld kaum Einsatz, da die semantischen Zusammenhänge, d.h. das Ingenieurswissen, eine große Komplexität aufweist. Da im allgemeinen Anlagenlebenszyklus die Notwendigkeit besteht, auf interne Anlagendaten sowie Daten in der Wertschöpfungskette intelligent zuzugreifen, stellen wissensbasierte Ansätze hierfür geeignete Hilfsmittel dar. Im Rahmen des Vorhabens sollen diese beiden Spannungsfelder miteinander kombiniert werden, so dass dem PLT-Ingenieur für ausgewählte Anwendungsfälle eine rechnergestützte Assistenz zur Verfügung gestellt wird.

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Das Ziel vom SOCRADES Projekt ist die Entwicklung neuartiger Methoden, Technologien und Werkzeuge für die Modellierung, den Entwurf, die Implementierung und den Betrieb von eingebetteten Systemen, die mit Netwerken verbunden sind und eigene Informationsverarbeitung besitzen. Diese sogenannten intelligenten Geräte werden in perzeptiven und Steuerungssystemen und in intelligenten Umgebungen eingesetzt, die durch Kooperation gemeinsame Ziele lösen. Als Grundlage der Zusammenarbeit der intelligenten Geräte wird das Service Oriented Architecture (SOA) Konzept angewendet.  Das Projekt wird am ifak e.V. Magdeburg bearbeitet. Im Rahmen der engen Kooperation zwischen dem Lehrstuhl Integrierte Automation und dem ifak wird vor allem das Arbeitspaket Trend screening, requirements, state-of-the art, technology assessment des SOCRADES Projektes durch Mitarbeiter des Lehrstuhl unterstützt.

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Virtual Automation Networks (VAN) bilden die Kommunikation in heterogenen Netzen unter Einbindung von Weitverkehrsnetzen in industrieller Umgebung. Diese neue Thematik wird in dem gleichnamigen Integrated Project zusammen mit namhaften europäischen Automatisie- rungsherstellern untersucht. In dem 2005 begonnenen Projekt wurde zunächst der State-of-the-Art der industriellen Kommunikation, vorrangig ethernetbasierte Lösungen, umfassend analysiert. Weiterhin wurden Anforderungen für eine zukünftige VAN-Architektur formuliert. Das Projekt wird am ifak e.V. Magdeburg bearbeitet. Im Rahmen der engen Kooperation zwischen dem Lehrstuhl Integrierte Automation und dem ifak wird vor allem das Arbeitspaket Engineering des VAN Projektes durch Mitarbeiter des Lehrstuhl unterstützt.

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Das Konzept der digitalen Fabrik stellt neue Anforderungen an die Investitionsmittelindustrie, indem alle beteiligten Betriebsmittel durch eine vollständige digitale und semantische eindeutige Repräsentation verfügbar sein müssen. In der Praxis fokussiert die digitale Fabrik heute im Wesentlichen auf die Integration der geometrischen und mechanischen Eigenschaften und Beziehungen zwischen den an der Produktion beteiligten Objekten, den Produkten und Ressourcen. Der durchgängige digitale Planungsprozess von der Produktidee bis hin zur Produktion des Produkts auf der virtuellen Anlage ist auf dieser Basis nicht durchführbar. Ziel des Projekts ist, die Auflösung der Systembrüche zwischen kinematischer Simulation und elektro-/automatisierungstechnischer Inbetriebnahme vor allem für dievirtuelle Inbetriebnahme. Erreicht wird dies, durch eine möglichst vollständige digitale und semantische Beschreibung der Produkte und deren Verhalten, d.h. ein vollständig digitales Modell.

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Züge und Wagen verwenden digitale Kommunikationssysteme für den Datenaustausch zwischen den Wagen und innerhalb der Wagen. Die Subsysteme in den Wagen und die automatisierungstechnischen Geräte sind an industrielle Kommunikationssystem angeschlossen. Interoperabilität zwischen den Subsystemen und den Geräten erfordert zusätzlich zu den Kommunikationsdiensten und protokollen Festlegungen, die die Funktionen und deren Parameter syntaktisch und semantisch in sogenannten Profilen spezifizieren. In diesem Projekt sind die Profile für das Kommunikationssystem PROFINET IO zu erstellen. Als pezifikationsmethode wird durchgängig UML verwendet.

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