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Titelbild Forschungsgebiet Industrie 4.0

Industrie 4.0

Industrie 4.0

Im Fokus stehen innovative Ansätze zur Integration zukunftsweisender digitaler Technologien in industrielle Prozesse und Anwendungen zur Steigerung von Effizienz und Qualität sowie zur Ressourcen- und Umweltschonung mit Chancen auf neue Geschäftsaussichten. Der Mensch soll dabei nie ersetzt, sondern besser als bisher unterstützt und entlastet werden.

Schwerpunkte der Forschung an der Hochschule Ulm liegen in der Entwicklung von schlanken Anwendungsprozessen und Anwendungstechnologien für die Montage, Fertigung und Logistik, z.B. mit Robotik, flexibler Automatisierung und dezentral gesteuerter Fördertechnik, der Planung und Steuerung von Produktionssystemen und Wertschöpfungsnetzwerken sowie in Standards und IT-Architekturen wie RAMI 4.0.

Die Hochschule Ulm richtet sich dabei insbesondere an den Mittelstand und dessen Erfordernisse und Möglichkeiten. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei die beschleunigte Überführung kreativer Ideen und wissenschaftlicher Ergebnisse in die praktische Anwendung. Dies ist ein wichtiger Schlüssel für Innovationskraft und die Sicherung technologischer Souveränität.

Ansprechpartner:
Institut für Betriebsorganisation und Logistik (IBL)
Institut für Fertigungstechnik und Werkstoffkunde
Institut für Informatik
Institut für Automatisierungssysteme
  • Prof. Ralf Otte                         Industrieautomatisierung

Aktuelle Projekte

ZAFH Intralogistik - Kollaborative Systeme zur Flexibilisierung der Intralogistik

Projektpartner: Hochschule Reutlingen, Hochschule Ulm (Prof. Christian Schlegel, Prof. Norbert Bartneck), Universität Ulm 
Projektleiter: Prof. Christian Schlegel
Projektlaufzeit: März 2017 - Februar 2020

Projektbeschreibung: 
Im Verbundvorhaben ´Intralogistik` haben sich die Projektpartner Hochschule Reutlingen, Hochschule Ulm und Universität Ulm zusammengeschlossen, um insbesondere für klein- und mittelständische Unternehmen praxisnahe Lösungen zu finden, wie bisher manuell ausgeführte Tätigkeiten in der Intralogistik schrittweise automatisiert werden können. Die Fähigkeiten des Menschen werden dadurch unterstützt und erweitert. Der Roboter soll langfristig zum sicheren und effizienten Assistenten des Menschen werden. Anwendungsbereiche für solche automatisierten Lösungen sind beispielsweise die Ent- oder Beladung von LKWs oder Seecontainern, die Kommissionierung von Waren oder die Versorgung von Arbeitsstationen in Produktionsumgebungen. „Indem die jeweiligen Stärken von Mensch und Roboter kombiniert werden, gewinnen wir nachhaltige Technologielösungen mit der erforderlichen Flexibilität und Leistungsfähigkeit“, sagte Ministerin Theresia Bauer bei der Übergabe des Förderbescheids für das ZAFH im April in Reutliungen. Das Ziel ist, solche Lösungen und Prozesse schnell in den Unternehmen zum Einsatz zu bringen.

Weitere Informationen: PM des MWK BW   Forschungsprojekt Mensch, Maschine, Logistik (HS Ulm)

ZAFH Digitaler Produktlebenszyklus (DiP)

Projektpartner: Hochschule Ulm, Hochschule Ravensburg-Weingarten, Hochschule Reutlingen, Hochschule Albstadt-Sigmaringen, Universität Stuttgart 
Projektleiter: Prof. Jens Kiefer
Projektlaufzeit: 01.11.2015 - 01.11.2018

Projektbeschreibung: 

Von der Idee bis zu dem Zeitpunkt, wenn es vom Markt genommen wird, durchläuft ein Produkt verschiedene Stationen. In Forschung und Praxis werden diese Phasen Produktlebenszyklus genannt. Zu erforschen, wie es gelingen kann, diese Abschnitte vollständig digital abzubilden und maschinell auszuführen, ist Ziel des Zentrums für Angewandte Forschung (ZAFH) „Digitaler Produktlebenszyklus (DIP)“. Als Forschungsverbund an den Hochschulen Ulm, Ravensburg-Weingarten, Reutlingen, Albstadt-Sigmaringen und der Universität Stuttgart wurde dieses Projekt eingerichtet. Vom Land Baden-Württemberg wird es mit Fördermitteln von bis zu 1,5 Millionen Euro, die zur Hälfte aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kommen, unterstützt. Koordiniert wird das ZAFH von der Hochschule Ravensburg-Weingarten.

Das bedeutet, dass alle relevanten produkt-, prozess- und ressourcenbezogenen Aspekte aus den Phasen Produktplanung, Produktentwicklung, Produktionsplanung, Produktion und Nutzung zuzüglich der lebenszyklusbezogenen Kosten- und Energiebilanzen in ein digitales Gesamtmodell integriert werden. Dies soll durch eine innovative Wissensrepräsentation und Wissensverarbeitung mittels graphenbasierten Entwurfssprachen realisiert werden.  Dadurch sollen Innovationen beschleunigt und eine höhere Zeit- und Kosteneffizienz erreicht werden.

Die Hochschule Ulm ist für die Forschung im Bereich der Produktionsplanung zuständig. Den Forschungsschwerpunkt bildet die Konzeptphase. Um den frühen Planungsprozess effizienter und schneller durchführen zu können, soll ein modell- und regelbasiertes Konfigurationssystem entwickelt werden, das auch Anforderungen des Qualitätsmanagements und des Lebenszyklusmanagements beinhaltet. Dabei wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt. Die industrielle Umsetzung wird zunächst beispielhaft anhand dreier Anwendungsfälle – einer PKW Frontklappe, einem Quadrocopter und einem Segway – demonstriert werden.

Ein begleitender Industriekreis, bestehend aus zwölf Unternehmen aus der Region, soll dabei die Ergebnisse fortlaufend evaluieren und den direkten Anwendungsbezug sicherstellen. Ergänzend ist geplant, die Methodik des wissensbasierten digitalen Produktlebenszyklus an den teilnehmenden Hochschulen über gemeinsame Lehr- und Weiterbildungsangebote zu vermitteln.


Kooperatives Promotionskolleg "Cognitive Computing in Socio-technical Systems"

Projektpartner: Hochschule Ulm (Prof. Schlegel, Prof. Baumgärtel, Prof. Bartneck, Prof. Völker), Universität Ulm
Projektlaufzeit: Januar 2017 bis Dezember 2020

Projektbeschreibung:
Das Promotionskolleg dient der Entwicklung innovativer Konzepte für Kognitive Maschinen und die aufkommende Ära des Cognitive Computing. Diese bilden die methodisch-technologische Grundlage für die Realisierung komplexer Infrastrukturen, in denen Menschen und künstliche Systeme miteinander interagieren und kooperieren, und ermöglichen somit die Schaffung neuartiger sozio-technischer Systeme. Sie erlauben zudem die Realisierung intelligenter Service-Robotik- und Companion-Systeme, ermöglichen ressourceneffektive Logistik- und Produktionssteuerungen und sind für die Umsetzung von Industrie 4.0 Prozessen von entscheidender Bedeutung.
Das Forschungsprogramm strukturiert sich in 12 Promotionsprojekte, die in ihrer Gesamtheit die enge Verknüpfung der vier grundlegenden Säulen des Cognitive Computing – (i) Perception, (ii) Planning & Reasoning, (iii) Learning und (iv) Interaction – zum Ziel haben. Dazu legen die Promotionsprojekte einerseits individuelle Gewichtungen auf die vier Säulen und andererseits individuelle Schwerpunkte in Bezug auf die Anwendungsgebiete. Im Wechselspiel zwischen der Weiterentwicklung der Methoden (push) und dem Bedarf aus den Anwendungsfeldern (pull) wird die Fokussierung und Priorisierung der Forschungsarbeiten justiert.
Die 12 Promotionsprojekte sind auf den weiterführenden Seiten im Einzelnen beschrieben.
Freie Themen zu vergeben: 6 der 12 Promotionsstipendien sind derzeit noch unbesetzt und können an hochqualifizierte Bewerber vergeben werden!

Weitere Informationen: Web-Seite des KPK an der Uni Ulm  Web-Seite des KPK an der Hochschule Ulm

Abgeschlossene Projekte

Virtuelle Inbetriebnahme modularer Stetigfördersysteme

Projektleiter: Prof. Sven Völker
Projektlaufzeit: Oktober 2014 - September 2017

Projektbeschreibung:
Das Konzept von Industrie 4.0 erfordert eine weitgehende Flexibilisierung von Produktion und Logistik. In der Produktionslogistik werden für die Bewältigung großer Transportaufkommen traditionell hierarchisch gesteuerte Stetigförderer eingesetzt, die den Flexibilitätsanforderungen von Industrie 4.0 nicht genügen. Modulare, dezentral gesteuerte Stetigfördersysteme bieten eine Lösung für dieses Problem. Die wissenschaftlichen Grundlagen für derartige Fördersysteme wurden bereits gelegt, für eine breite industrielle Anwendung muss jedoch noch angewandte Forschung betrieben werden.
Eine wichtige Phase im Lebenszyklus von Produktions- und Logistiksystemen ist deren Inbetriebnahme. Sie war früher schon für herkömmliche Systeme zeit- und kostenintensiv, kann dort aber mittlerweile durch Methoden und Werkzeuge der Digitalen Fabrik erheblich beschleunigt werden. Die "virtuelle Inbetriebnahme" ist ein modernes Schlagwort in diesem Zusammenhang. Sie besteht aus dem Aufbau einer Simulation des Systems, die bereits modular in Hardware- und Steuerungskomponenten getrennt ist. An ihr wird die Steuerung implementiert. Bei der Inbetriebnahme wird die Steuerung aus der Simulation für das Echtsystem übernommen, im Idealfall durch einfaches "Umstecken" der Anschlüsse von der emulierten auf die reale physische Welt. Vergleichbare Prinzipien gibt es für moderne, dezentral gesteuerte, modulare Fördersysteme wie den FlexFörderer noch nicht.

Weitere Informationen: Projektseite am Institut IBL

Dynamic Truck Meeting

Projektleiter: Prof. Hartwig Baumgärtel
Projektlaufzeit: August 2009 - Februar 2012

Im Projekt DTM wurde ein anbieterunabhängiger Prozess- und Informationsstandard für die Abwicklung von dynamischen Begegnungsverkehren im Bereich des Komplettladungsverkehrs erarbeitet.
Im Gegensatz zu fest vereinbarten Begegnungsverkehren auf festen Routen müssen im Komplettladungsverkehr Begegnungsverkehre dynamisch und kurzfristig geplant werden, da die Frachtführer hier jeden Tag neue Transportaufträge zu anderen Kunden haben. Für die Frachtführer liegt der Nutzen eines solchen Standards in der Möglichkeit, seine Ressourcen effizienter einzusetzen und damit die wachsende Transportnachfrage trotz Fahrermangels zu bewältigen. LKW-Fahrer haben den Vorteil, dass sie öfter zum Ende der Lenkzeit wieder zu Hause sein können.
Das Projekt DTM wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen des Programms Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) unter der Nummer 16162 N mit 231T€ gefördert, von denen 123T€ an der Hochschule Ulm bewirtschaftet wurden. Der Projektabschlussbericht wurde als Forschungsbericht des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), Institut für Fördertechnik und Logistiksysteme, veröffentlicht. Über die Ergebnisse des Projekts wurden Vorträge auf mehreren Konferenzen und Workshops berichtet.
Weitere Informationen: Abschlussbericht des Projekts DTM

Veröffentlichungen

  • Baumgärtel, H., H. Ehm, S. Laaouane, J. Gerhardt, A. Kasprzik: "Collaboration in Supply Chains for Development of CPS enabled by Semantic Web Technologies", 14th International Conference on Modeling and Analysis of Semiconductor Manufacturing (MASM) at Winter Simulation Conference 2018, Gothenburg, December 2018, to appear​
  • Breckle, T.; Kiefer, J.; Kiesel, M.; Manns, M.: Konzeptplanung von Montagesystemen mit graphenbasierten Entwurfssprachen, Proceedings of the ASIM Conference on “Simulation technischer Systeme – Grundlagen und Methoden in Modellbildung und Simulation”, Ulm, Germany, ISBN 978-3-901608-50-6, 2017
  • Bartneck, Norbert: "Service Robotik für die Kommissionierung", in: Warehousing 4.0. Technische Lösungen und Managementkonzepte für die Lagerlogistik der Zukunft, B+G Wissenschaftsverlag 2016, ISBN 978-3-944325-07-1
  • Kiefer, J.; Allegretti, S.; Breckle, T.: Quality- and Lifecycle-oriented Production Engineering in Automotive Industry, Proceedings of the 10th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering – CIRP ICME ’16, Gulf of Naples, Italy, 2016
  • Baumgärtel, Hartwig: "Zurück in die Zukunft? Industrie 4.0 und die Digitalisierung der WIrtschaft", Workshop Industrie 4.0, Logistik-Cluster Schwaben, Juni 2016, pdf
  • Hertig, Thorsten; Höhmann, Philipp; Otte, Ralf: “Hypercomplex Algebras and their applications to the mathematical formulation of Quantum Theory”; arXiv: 1406.1014v1 [quant-ph]; 2014
  • Feldmann, Norbert, Dietrich, Jürg; Otte, Ralf: „Data Mining – ein neues Verfahren zur Erneuerungsplanung in Gasnetzen“, Energie | Wasser – Praxis, Düsseldorf, ISSN: 1436-6134, Jg.63, Nr.6, 2012
  • Baumgärtel, H., Kunze, O., Rosemeier, S., Neitmann,A.. Dynamic Truck Meeting – a blueprint for coordination of different autonomous IT systems in a dynamic, complex and stochastic environment . In 6th International Symposium on Logistics (ISSL), Hamburg, June 2012
  • Kunze, O.; Baumgärtel, H.; Neitmann, A.; Rosemeier, S.. Dynamic Truck Meeting (DTM) - Ein Prozess- und Schnittstellenstandard zur Realisierung von dynamischen Begegnungsverkehren mit Hilfe von Dispositions- und Telematik-Systemen. Band I -  Prozess-Standard, Ausgabe KIT Scientific Report 7613 Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Karlsruhe, March 2012. ISBN 978-3-86644-850-6.
  • Baumgärtel, H.; Kunze, O.; Rosemeier, S.; Neitmann, A.. Dynamic Truck Meeting (DTM) - Ein Prozess- und Schnittstellenstandard zur Realisierung von dynamischen Begegnungsverkehren mit Hilfe von Dispositions- und Telematik-Systemen. Band II – Schnittstellenstandard, Ausgabe KIT Scientific Report 7614 Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Karlsruhe, March 2012. ISBN 978-3-86644-851-3.
  • Becker, H.; Otte, R.; Bachmann, O.; Ressel, C. :  „Reduzierung von Ausschussraten durch gezielten Einsatz von Data Mining“, Gießerei – Zeitschrift für Technik, Innovation und Management, 98, 4; 52-55; GIESSEREI, Düsseldorf, 2011
  • Bachmann, Oliver; Stein, Torsten, Otte, Ralf: „Process data are worth their weight in gold”, Qualität & Zuverlässigkeit, Year 55, 2010

Quicklinks