Lab Letter 2021/2022 by ima-ifu

Impressum Herausgeber im Auftrag des Rektors: Cybernetics Lab der RWTH Aachen University 52068 Telefon:Aachen+49241 80-91100 E-Mail: office@ima.rwth-aachen.de Verantwortlich:www.cybernetics-lab.de Institutsdirektor IMA: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Robert Schmitt Wissenschaftlicher Leiter IfU: Prof. Dr. rer. pol. Frank Thomas Piller Akademische Direktorin IMA: Prof. Dr. phil. Ingrid Isenhardt Stellvertretender Direktor IMA: Dr. rer. nat. Frank Hees Redaktion: Sandra Stockem Gestaltung: Magdalena Derdzikowska Druck: Druckerei Mainz GmbH Stand 07/2022 2021/2022 ForschungImpulseLabCyberneticsLetterausderinterdisziplinären

17 Virtualität als Teil unserer Realität

Inhaltsverzeichnis

05 - Neues aus dem Lab

09 Mehr als Klimaneutralität

1 | Hier kann ein Mustertitel stehen | 2

- Zahlen, Daten, Fakten

09 - Impulse aus dem Lab

- Projektleiter*innen und Partner*innen

- Bildern und Graphiken

- Englischer und deutscher Sprache

11 Unsupervised Learning Über flexible Montagesysteme und mobile Roboter

Interview mit Univ.-Prof. Dr.-Ing. Robert Schmitt zur Fusion WZL-MQ/IMA

19 - Laufende Forschungsvorhaben und Projekte in:

71 - Dissertationen am Lab Jan-Bitter-Krahe Sanjiv Surendra Sarah Ranjana Güsken Nina Schiffeler Schirin Baer

03 - Vorwort

IMA Leitungsteam am Strategie Tag, November 2021

Mitunterstützt.derStärke

Das IMA und der Lehrstuhl für Fertigungs messtechnik und Qualitätsmanagement des WZL unter der Leitung von Professor Robert Schmitt fusionieren. Ein Prozess, der im Mai 2021 intensiv begonnen hat und uns auch 2022 weiter auf Trab hält. Gut, dass man sich schon kennt, z.B. aus der Zusammenarbeit im Exzellenzcluster des Internet of Production (IoP). Zusammen können wir Großes vollbringen und The men rund um Intelligence Quality, Sensing, Data Analytics und Data Management in und außerhalb der Hochschule aus unter schiedlichen wissenschaftlichen Blickwin keln noch besser beforschen.

Blicken wir doch einmal zurück auf eine wandlungsreiche Zeit, aus der wir viel für unsere Zukunft gelernt haben. Das Cybernetics Lab hat so einige Berg- und Talfahrten seit der Vakanz des Lehrstuhls am IMA erlebt. An dieser Stelle sprechen wir unseren ehrlichen Dank an Professor Hopmann des Instituts für Kunststoffverar beitung (IKV) aus, der uns in diesen Zeiten in der Universität vertreten hat und enga giert für uns eingetreten ist. Auch unseren Mitarbeitenden danken wir, dass sie all die Änderungen mitgetragen haben und das Cybernetics Lab damit weiter mit Leben und Inhalten füllten. Projekte wurden nicht nur erfolgreich weitergeführt, sondern auch viele spannende Vorhaben neu gestartet.

Mit dem Zusammenschluss des IMA und des WZL-MQ unter Professor Schmitt bie tet sich nun die Möglichkeit einer integrier ten Forschungsperspektive auf Industrie

Liebe Leser*innen des Cybernetics Lab Letters,

4.0 Prozesse. Durch die Verschmelzung der Perspektiven des Daten- und Qua litätsmanagements schaffen wir eine umfassendere und gleichzeitig detailrei che Sicht auf die Produktion und können somit neue und intelligentere Lösungen finden. Eine sozio-technische Sicht eröffnet neue Möglichkeiten in der Montage, in der Akzeptanz- und Nachhaltigkeitsforschung. Modell-basierte Systeme erweitern die Forschungsbreite der künstlichen Intelli genz. Das erste gemeinsam akquirierte Projekt seit dem TechnologiezentrumineineAuchDasAusgabesorzumvorhabenderstuhlkooperationundzudigitalenbeispielsweise„Mittelstand-DigitalZusammenschlussZentrumRheinland“hatzumZiel,KMUinderTransformationzubefähigenundbegleiten.AucherlaubtunsdieVielfaltGrößederneuentstehendenLehrnunbreitereChanceninEinwerbunginnovativerForschungsundbeimstrukturellenAufbauBeispielvonReallaboren,wieProfesSchmittimHighlight-Interviewdiesererläutert.BesteausbeidenWeltenvereinen!beiunsererArbeitsweisehabenwirsolcheFusionumgesetzt:WirsitzengemischtenTeamsundweiterhinimamEuropaplatz,das

Prof. Dr. phil. Ingrid Isenhardt Dr. rer. nat. Frank Hees

Wort des Jahres:

Ingrid Isenhardt und Frank Hees

ür uns war die Zeit seit der letzten Ausgabe der ´Angedacht´ eine Zeit der Synergien und der Kombinati on von neuen Chancen und bewährten Methoden. Inzwischen hallt es seit dem Sommer '21 durch die Flure und aus den Lautsprechern der Laptops, vom Techno logiezentrum zur Bogenhalle und zurück zum Campus Melaten, durch die Home Offices von Hamburg bis München, unser Wort 2021/2022: Fusion!

Fun Facts

Mal der Satz: „Sie sind noch gemutet“ 280

Seit unserem ersten gemeinsamen Auftritt aus IMA, IfU und WZL-MQ auf

nun The Urban Village heißt, wo wir auch zunehmend wieder persönlich über die Flure rufen und in den Büros arbeiten. Ein Comeback und gleichzeitig auch hier mit neuen Chancen. Die kluge Kombination von Home Office und Büroarbeit schafft Möglichkeiten wie die einer Flex-DeskPolicy, die die Vermischung und Koopera tion der Mitarbeitenden beider Lehrstühle

3 | Vorwort Vorwort | 4

dieser neuen Verbindung und der Menschen, die sie tragen, können wir auch für das Jahr 2021/2022 wieder auf tolle Projekte, fruchtbare Kollaborationen und wertvolle Forschung zurückblicken. Mit dem Lab Letter möchten wir einen aktuellen Einblick in die gemeinsamen Ak tivitäten in Forschung – und Lehre geben. Von Big Data im Nanometerbereich über "Smart City" und "Circular Economy" Inhalten bis hin zu VR-Anwendungen in der Lehre. Lesen Sie in dieser Ausgabe Span nendes zum Unsupervised Learning und zur mobilen Robotik und lassen Sie sich von der Vielfalt der innovativen Projekte inspirieren. Wir laden Sie herzlich ein, uns direkt zu kontaktieren.

dem Werkzeugmaschinen-Kolloquium im September '21 gehen wir nun Schritt für Schritt weiter in eine kooperative Zukunft. Zusammen mit Prof. Piller als wissen schaftlichem Leiter des IfU freuen wir uns auf die Zeit des Wandels und der neuen Perspektiven im Cybernetics Lab.

gesparte Papierseiten dank Home Office 16.000

SchreibtischHöhenverstellbarer oder „Fusiooon!“

eingesparte Flaschen dank unseres Wasserspendersneuen 4.795 ca.

Wenn wir in der Entwicklung von Universi tätsinstituten die Rolle des Entdeckers und Bewahrers verlassen und uns stattdessen zu „Ermöglichern“ weiterentwickeln, dann geht es nicht nur mit Individual-Laboren und Simulation, sondern auch mit Reallaboren.

Ich glaube, es ist das Zusammengehen von diesen beiden Partnern, welches es uns ermöglicht, mit einer hinreichenden Größe Reallabore – reale Anwendungsfälle – zu starten. So können wir Themen nicht nur benennen, sondern auch ganz konkrete technische Lösungen anbieten. Technik kostet immer Geld und dafür braucht man eben eine bestimmte Stärke. Außerdem

Wer den Weg zum gemeinsamen Ziel mitgestalten möchte: Herzlich Willkommen.

haben uns mit unserem neuen Leiter, Univ.-Prof. Robert Schmitt unterhalten, welche Gemein samkeiten und Möglichkeiten es gibt und was Prof. Schmitt auf Reisen so im Hand gepäck versteckt ...

„... wir alle sind Team“ein

5 | Neues aus dem Lab Neues aus dem Lab | 6

Wer diese Werte nicht teilt: That‘s fine but please, find another bus.

Was gefällt Ihnen am IMA, welche Potentiale sehen Sie?

Das IMA hat das gemacht, indem es sich in Wettbewerbs-Arenen hineinbegeben hat, mit dem RoboCup zum Beispiel.

Zunächst möchte ich eine hierarchische Über- oder Unterordnung von WZL und IMA ausschließen. Hier sind zwei Partner, die sy nergetisch wirklich gut zueinander passen. Beide Einheiten sind nicht nur technologisch stark und ergänzen sich komplementär; vielmehr teilen wir dieselben Werte. Wir sind überzeugt, dass es sich lohnt, nicht alleine um Projekte zu ringen, sondern in Personen zu investieren, die Themen voranbringen. Wir vertrauen in den Willen, Verantwortung zu übernehmen und für die Ergebnisse des eigenen Handelns geradezustehen. Wer IMA und WZL-MQ mitgestaltet, soll in jeder Rolle so viel wie möglich aus dem Netz werk ziehen, um berufliche wie persönliche Zukunft zu gewinnen. Aber es soll auch etwas mehr als das Gewonnene wieder zu rückgeben werden, damit die Institutionen weiterwachsen können.

Chancen erkennen und zu „Ermöglichern“ werden!

WZL-MQ & IMA fusionieren

Wir

Das IMA hat Entwicklungsgeschichte. Während das alte IMA schon zu den Zeiten, als ich selbst im WZL noch Assistent war, schon einige thematische Berührungspunk te hatte, hat das IMA heute auch gerade in seiner Ausprägung als „CyberneticsLab“ einen Weg in eine konkrete Realisierungs form des Informationsmanagements einge schlagen. Daten sind Bestandteil unserer modernen Arbeitswelt: und auch das WZL hat sich in den letzten Jahren weiterbewegt, von konkreter Messtechnik hin zum Quali tätsmanagement. Ich glaube eine sehr ähn liche Konfiguration hat sich auch beim IMA ergeben, wo es einerseits eine technologi sche Komponente gibt und auf der anderen Seite das Verständnis des soziotechnischen Aspekts von Unternehmen. Wenn wir das ernst nehmen, ergibt sich daraus die Ver knüpfung von datengetriebenen Prozessen. Ich bin sicher, da haben wir eine sehr gute Synergie. Insofern war diese Übernahme der Verantwortung für die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auch für mich eine günstige Chance zur Weiterentwicklung.

Herr Prof. Schmitt haben Sie ein paar Worte zur Fusion für uns?

Was war ausschlaggebend für die Fusion?

Wo wollen wir (zusammen) hin? Was erge ben sich für Möglichkeiten?

It‘s not about projects, it‘s about persons and culture.

Tatsächlich das Thema Daten und Infor mation wesentlich stärker nach vorne zu Könnenbringen.

ihr Antrieb im Beruf weiter zu streben, wie hat dieser sich über die Jahre Gestaltungsfreiheit.verändert?

Für mich wäre es ein wirklich schönes Ziel, wenn wir keine Trennung mehr identifizieren würden zwischen den Mitarbeiter*Innen vom IMA und WZL. Stattdessen möchte ich sagen, wir alle sind ein Team. Auf dass alle später rückblickend sagen: Es war richtig gut, dass wir das gemacht haben. Ich hab‘ aber auch ein ganz klares Nah-Ziel: mal wieder eine vernünftige Party zu feiern und zusammen anstoßen zu können.

Meine Kinder sagen zwar, das darf ich nie jemandem erzählen, aber: zuhause bastel ich gerne am kleinen Modellbau rum – eben „Alman“. Ich komme echt runter, wenn ich Teile mit einem Durchmesser von 1,2 mm mit einer Pinzette in kleine Maschinchen reinfummle – Dinge, bei denen Leute in meinem Alter schon dringend eine ver größernde Brille benötigen, um sehen zu

können. Da kann ich stundenlang sitzen und meine Kinder und meine Frau verdre hen die Augen. Aber sie akzeptieren es mittlerweile. Ich gehöre auch zu der Klasse von Leuten, die eher selbst an der kaputten Waschmaschine herumschrauben, bevor ein Fachmann gerufen wird. Meine Familie leidet wohl am meisten unter meinem individuellen Ordnungssinn, der ist nicht ganz kompatibel zu dem meiner

Womit beschäftigt sich der Professor (Inge nieur) von heute privat?

Ich erlebe mittlerweile viel intensiver, dass auf die Art und Weise, durch die wir Forschung ermöglichen, wir wirklich vielen Menschen die Gelegenheit geben, Zu kunft mit zu erfinden. Das wird bei unseren beiden Instituten deswegen so besonders

Es ist ja kein Geheimnis, dass Bier nach vier keine Erfindung der Neuzeit ist. Wir haben es auch schon geschafft am Nachmittag so weit zu sein, dass wir es in die erste Kneipe nicht rein schafften – aber daran kann ich mich natürlich nicht mehr erinnern. Früher sind wir öfter vom Institut aus segeln gegangen. Wenn dann „nicht-sinkbare“ Boote durchaus mal zum Kentern gebracht werden, hat das dann schon eine gewisse gruppendynamische Dimension.

WasFamilie.ist

trifft man nicht allzu selten auf rettende Engel – und die rheinische Lösung bietet oft unerwartete Optionen.

Würden Sie uns eine Anekdote aus Ihrer Zeit am WZL verraten?

deutlich, weil sich in meinen Jahren hier viele Entwicklungspfade ergeben haben. Es gibt Leute, die schon eine Professur haben. Es gibt Leute, die durch ihre Berufe ein sinnerfülltes Leben führen, durch die Mög lichkeiten, die man hier an den Instituten bietet. Ich glaube das, ist eine Verpflichtung und das ist die Stärke unserer Mannschaft.

Ein Interview mit Univ.-Prof. Dr.-Ing Robert Schmitt, Lehrstuhlinhaber für Fertigungs messtechnik und Qualitätsmanagement des Werkzeugmaschinenlabors und des Informationsmanagement im Maschinenbau der RWTH Aachen University

Was versprechen Sie sich von dem Projekt? Was ist Ihre Zukunftsvision?

„Ich bin sicher da haben wir eine sehr gute Synergie. Insofern war diese Über nahme der Verantwortung für die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter für mich eine günstige Chance zur Weiter entwicklung.“

Was ist die Hintergrundgeschichte Ihrer Shisha und der anderen Geschenke in Ihrem Büro?

Meine Kinder sagen, ich bin zu sehr „Alman“, ich bin zu spießig. Das wird durch die Shisha nicht besser. Die war ein Gast geschenk von einem befreundeten Kollegen aus Jordanien. Sie war aber noch nie in Betrieb. Ich hab‘ hier aber auch andere Sachen, zum Beispiel einen Dolch aus dem Oman, den ich im Handgepäck hatte. Da fehlte nur noch, dass ich in Deutschland ge filzt werde und eine 20 cm Klinge dabeiha be. Es geht noch schlimmer, zum Beispiel musste ich mal ein meterlanges Schwert ins Handgepäck mitnehmen …

Personen Verantwortung zu übertragen und ihnen damit eine Gelegenheit zu geben, das Beste in sich selbst zu entdecken.

Sie einen Meilenstein nennen, den Sie besonders hervorheben möchten – in Ihrer Zeit am WZL oder in Ihrer gesamten beruflichen Laufbahn?

Die Hochschule er scheint wie alle Großorganisationen mitunter als Vorhof zur Hölle mit all ihren Regularien. Aber hin und wieder kann man den Teufel ärgern. Und zwar dadurch, dass man seine eigenen Ideen dennoch oft umsetzen kann. Was noch bedeutender für mich ist: als Professor altert man nicht. Man guckt zwar in den Spiegel und denkt, da hat sich irgendwas verändert. Man ist aber in einer extrem komfortablen Situation und hat eine junge Mannschaft um sich herum versam melt, kann Impulse geben und Lebenswege mitgestalten. Denn selbst im Fegefeuer

ändert sich die Ausprägung bestimmter Aufgaben. Auch da braucht man eine be stimmte Größe, um schnell genug reagieren und mit hinreichend viel Energie in eine neue Richtung starten zu können. Jetzt muss es nur noch gelingen, unsere guten Teams nicht nur parallel, sondern auch miteinander laufen zu lassen, sozusagen im Staffelwettbewerb. Und dann sind wir wirklich gut.

7 | Neues aus dem Lab Neues aus dem Lab | 8

Gibt es eine Sache, die Sie sich erhofft ha ben, die aber bisher noch nicht in Erfüllung gegangen ist?

Eininstrumentwesentliches Gestaltungsinstrument bildet hier die wissenschaftliche, interund transdisziplinäre Forschung. Nur im Zusammenschluss verschiedener Diszipli nen und Anwender können die vielfältigen Fragestellungen der Nachhaltigkeit beant wortet und Lösungen entwickelt werden, bei denen alle Fern-, Rück- und Neben wirkungen bedacht sind. Die Entwick lung neuer Managementstrategien und Geschäftsmodelle, die Sensibilisierung für verantwortungsvolles Handeln, Lösungen zur Schließung/ Neugestaltung von Wert schöpfungsketten und die Entwicklung emissionsfreier Technologien sind hier nur Auszüge aktueller Forschungsthemen.

Drei-Säulen-Modell neben der Ökologie auch Soziales und Wirtschaft. Dieses ganzheitliche Verständnis haben die Mit glieder der Vereinten Nationen in ihren 17 Sustainable Development Goals 2015 in der Agenda 2030 festgehalten. Diese Ziele richten sich an Regierungen aller Vereinter Nationen, Zivilgesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft und bilden damit sowohl Minimalanforderung als auch Orientierung

Nachhaltigkeit heißt Zukunftsfähigkeit

Der weltweit wachsende Wohlstand of fenbart sich beispielsweise auch in einem steigenden Verkehrsaufkommen sowohl im Personen- als auch im Güterverkehr, zunehmender Treibhausgasemission durch Bau und Nutzung von Gebäuden, in der Land- und Viehwirtschaft und einem wachsenden Konsum verschiedenster Produkte. Gleichzeitig eröffnet ein wach

Mehr als Klimaneutralität

Kern ist immer, das Thema ganzheitlich, disziplinübergreifend zu betrachten und alle relevanten Stakeholder einzuschließen. Um langfristig nachhaltig zu (über-)leben und zu arbeiten, reichen Einzellösungen nicht aus. Ziel ist, Nachhaltigkeit fest als Leistungsindikator mitzudenken und ver stärkt in den Forschungsfokus zu setzen.

Zusammenhang von Wohlstand und Nach Derzeithaltigkeitbedeutet

Ansatz zum Erreichen nachhaltigen Wachstums liegt in der Circular Economy. Hierbei wer den klassische Wertschöpfungsketten, welche zumeist mit einem Abfall- oder Recyclingprodukt enden, weitergedacht

und auf eine vollständige Schließung der Wertschöpfungskreisläufe hin erweitert. Weitere Ansatzpunkte sind die gesteigerte Langlebigkeit von Produkten sowie die vereinfachte Reparatur durch ein modu lares Produktdesign. Ganz im kyberneti schen Sinne werden hierbei Rückkopplun gen innerhalb einer Wertschöpfungskette untersucht und sämtliche Akteure eines Wertschöpfungssystems eingebunden. Zur Identifikation bestehender, aber auch neuer Wertschöpfungsketten im Sinne einer kreislauforientierten, nachhaltigen Ressourcennutzung kann interdisziplinäre Forschung einen entscheidenden Beitrag leisten und Circular Economy als Grund lage einer nachhaltigen Transformation unterstützen.

@ima.rwth-aachen.desarah.abdelrazeq

Netto-Null-Emissionen von Treibhausga sen sind ein Baustein der Nachhaltigkeit. Zukunftsfähigkeit erfordert jedoch ein ganzheitliches Denken, dass über ökologi sche Aspekte hinausgeht.

Zukunftsfähigkeit ist mehr als reines Überleben

9 | Impulse aus dem Lab Impulse aus dem Lab | 10

Ganzhaltige Nachhaltigkeit – damit das Licht nicht aus geht

Wohlstand fast zwangs läufig eine schlechtere ökologische Bilanz. Dies wird nicht nur beim Vergleich des Human Development Index der Vereinten Nationen mit dem ökologischen Fußab druck einzelner Länder deutlich (Global Footprint Network (2013), UNDP (2013)).

Kontakt

Nachhaltigkeit ist längst kein Nischenthe ma mehr, sondern ist zu einem Megatrend und Gütekriterium für Überlebensfähigkeit gewachsen. Seit Veröffentlichung des Brundtland-Berichtes 1987 ist der welt weite Diskurs über nachhaltige Entwick lung angestoßen und spätestens mit der Fridays for Future Bewegung auch von großem medialen und öffentlichen Inter esse. Nachhaltigkeit umfasst jedoch mehr als den bewussten Umgang mit Rohstof fen, eine Verringerung der Emissionen, einen sensiblen Umgang mit Ökosystemen und eine Förderung der Biodiversität. Würden sich Gesellschaft, Wirtschaft und Politik lediglich an ökologischen Nachhal tigkeitskriterien orientieren, wären weder Unternehmen noch staatliche Einrichtun gen liquide. Gemeinwohl, Menschenwürde und ethische Fragestellungen wären dem ökologischen Handeln untergeordnet. Nachhaltigkeit umfasst deshalb nach dem

Dr. rer. nat. Sarah Müller-Abdelrazeq

Circular Economy als interdisziplinärer EinAnsatzforschungstheoretischer

Forschung als Gestaltungs

sender Wohlstand die Möglichkeit, den derzeit vorherrschenden Zusammenhang von Wohlstand und ökologischem Fuß abdruck mit innovativen, zukunftsfähigen Entwicklungen zu durchbrechen. Digitale Technologien, die intelligente Nutzung von Daten und die zunehmende Vernetzung bieten eine ganz neue Bandbreite an Möglichkeiten, die Zukunft nachhaltig zu Interdisziplinäregestalten.

Einfach nur Clustering oder dochhohemehr?Vorhersagegüten

“If intelligence is a cake, the bulk of the cake is unsupervised learning, the icing on the cake is supervised learning, and the cherry on the cake is reinforcement learning (RL).”

Abb.1: Supervised vs. Unsupervised Learning: Ein bildlicher Vergleich gelernter Wahrscheinlichkeitsverteilungen

In der Realität ist aber nicht immer ein Label verfügbar. Dies hat verschiedene Ursachen: Im Falle von Qualitätsdaten werden ggfs. gar nicht alle Teile systema tisch geprüft, sondern nur anhand von Stichproben erfasst, oder eine direkte Verknüpfung zwischen den Maschinenda ten zum Zeitpunkt der Produktion und den später ermittelten Qualitätsdaten lässt sich nichtmehr eindeutig herstellen. Zusätzlich beinhalten Label häufig auch eine gewisse Unsicherheit, insbesondere dann, wenn diese durch die Begutachtung eines Men schen erstellt wurden.

und erfreuen sich demnach einer großen Popularität.

Kontaktrwth-aachen.dedaniel.luetticke@ima.

die in der Lage sind datengetrieben stoch astische Zusammenhänge in Datensätzen zu erlernen und daraus Vorhersagen über den Prozess abzuleiten.

Dipl. Inform. Daniel Lütticke , M.Sc.Hans Zhou

Das Ziel ist fast immer die möglichst früh zeitige und präzise Vorhersage zukünf tiger Ereignisse, sei es eine anstehende Wartung oder die Beurteilung der finalen Bauteilqualität anhand aufgenommener Maschinenparameter und Sensordaten.

Besondereführen.PGM

Was ist Unsupervised Learning?

Unsupervised Learning

Probabilistic Generative Models eine Alternative zur Simulation?

Die Nutzbarmachung auch solcher Datensätze ohne Label erfordert es, sich Verfahren zuzuwenden, die in der indus triellen Anwendung aktuell sehr wenig beachtet werden: Das unüberwachte Lernen (engl. Unsupervised Learning) kann die vorliegenden Datenstruktu ren eigenständig erfassen, Muster und Zusammenhänge wie bspw. Datencluster erkennen, ohne dabei auf gelabelte Daten angewiesen zu sein.

Eine spezielle Art des Unsupervised Learnings, die Familie der Generative Models oder auch Probabilistic Generative Models (PGM) genannt, haben besonders im Feld der Bildverarbeitung für Aufsehen gesorgt. Diese beruhen, wie der Name bereits vermuten lässt, auf dem Erlernen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen. Ein einfaches PGM erlernt für einen zweidimensionalen Datensatz die zugrun deliegende Wahrscheinlichkeitsverteilung, welche die Auftrittshäufigkeit aller vor kommenden Datenpunkte beschreibt (vgl. Abbildung 1: vierte Spalte). Dadurch ist es möglich neue Datenpunkte vorherzusagen und somit einen Blick in die nahe Zukunft des Maschinenverhaltens zu geben, ohne dafür dediziert Label zu benötigen.

Qualitätsüberwachung als klassischer Anwendungsfall in der Produktion

Um ein Modell zu trainieren, welches be stimmte Ereignisse vorhersagen soll, müs sen die aufgenommenen Maschinendaten zusammen mit dem zu bestimmenden Ergebnis (engl. Label) verknüpft sein, man spricht dann auch von gelabelten Daten. Liegen Daten in dieser Form vor, kann ein Lernmodell statistische Verknüpfungen zwischen den Maschinendaten und dem Ergebnis ermitteln und somit in zukünf tigen Fällen das Ergebnis vorhersagen. Lernverfahren, die diese Label nutzen, heißen auch überwachte Lernverfahren (engl. Supervised Learning) und erreichen

Dies eröffnet demnach die Fragestellung wie beide Welten voneinander profitie ren können. Es existieren bereits erste Ansätze, Generative Modelle, welche rein statistischer Natur sind, mit dem Gebiet der Kausalität zu vereinen. Dadurch ließen sich datengetriebene analytische Modelle verbessern oder auch umgekehrt physi kalische Wirkzusammenhänge in statisti sche Modelle integrieren. Insbesondere in Anwendungsfällen, in denen bereits Ba sissimulationen existieren, können diese hybriden Verfahren zukünftig wesentlich bessere Ergebnisse liefern indem Beob achtungen des realen Prozesses in Form von erlernten Modelle mit in die Simulation einfließen.

Die vierte industrielle Revolution ist im vollem Gange und Daten werden hochfre quent produziert, gesammelt und gespei chert. Die Auswertung und Nutzbarma chung dieser Daten zur Verbesserung der Produktivität rückt aufgrund der immensen Popularität des maschinellen Lernens (ML) und der künstlichen Intelligenz (KI) heute in greifbare Nähe.

Facebook AI Chief Researcher Yann Le Cun stellte bereits 2016 der Konferenz für Neural Information Processing Systems (NIPS) die Wichtigkeit von Unsupervised Learning heraus:

rwth-aachen.dehans.zhou@ima.

Herausforderungen des klassischen überwachten Lernens

Wie lassen sich PGM nun für die Produk tion anwenden? In der kamerabasierten Qualitätsüberwachung von Produktions prozessen sollen anhand aufgenomme ner Bilder defekte Bauteile automatisch erkannt werden. PGM ermitteln für jedes Bild eine Wahrscheinlichkeit, mit der das dargestellte Bauteil vom Sollzustand oder den bisher insgesamt beobachteten Bau teilen abweicht. Eine solche Abweichung oder Anomalie kann dann beispielweise zu einem automatischen Ausschleusen des Bauteils

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ermöglichen darüber hinaus durch die Vorgabe bestimmter Randbedingungen während des Trainings sogar eine kontrollierte Generierung neuer Daten. Das Resultat sind synthetisch generierte Datenpunkte, die vordefinier te Eigenschaften aufweisen. So lassen sich beispielsweise aus einer Strichskizze (Kondition) realistische Bilder von Objekten erzeugen. Übertragen auf die kameraba sierte Qualitätsüberwachung ließen sich Maschinenparameter oder Geometrien von CAD-Daten als Kondition nutzen, um Kamerabilder in Abhängigkeit der Konditi on vorherzusagen. PGM sind also Modelle,

Im klassischen Ingenieurwesen erfüllen Simulationen die Funktion Vorhersagen über einen Prozess bzw. ein Objekt zu treffen. Grundbaustein sind dabei meis tens physikalische Modelle, die unter An nahmen und Vereinfachungen versuchen die vorliegenden Wirkzusammenhänge so genau wie möglich mathematisch zu beschreiben. Die Erstellung präziser, mög lichst realistischer Simulationen auf diese Weise ist eine sehr anspruchsvolle und manchmal nahezu unlösbare Aufgabe. Statt einer mathematisch-physikalischen Simulation kann Unsupervised Learning eingesetzt werden, um auf Basis statis tisch-stochastischer Daten eine simulierte Prozessvorhersage zu erzeugen. Der große Nachteil solcher Modelle ist jedoch, dass diese lediglich Korrelationen erlernen und widergeben können, aber keinerlei Aussage zur Kausalität machen, wie sie in mathematisch abgeleiteten Simulationen enthalten ist.

Die linienlose mobile Montage kann als weitere Ausbaustufe der Matrix-Orga nisation verstanden werden, denn sie bietet den maximal denkbaren Grad an Flexibilität. Alle Montageressourcen sind zukünftig mobil und werden auf einem

Über flexible Montagesysteme und mobile Roboter

Entwicklungen zu begegnen. Anzustreben ist eine markt-synchrone Produktion und Montage, die nachhaltig zu betreiben ist, denn der optimale Grad an Flexibilität von Wertschöpfungsketten liegt heute höher als in der Vergangenheit. Produktions- und Montagesysteme sind organisatorisch und technologisch zum Anpassen des Betrieb spunktes zu befähigen. Während einer seits ihr Flexibilitätsbedarf steigt, sinken die Kosten der Realisierung (s. Abb. 1).

Zwei relevante Systemparadigmen, die den organisatorischen Aspekt adressie ren sind die “Matrix Montage” (s. Abb. 2.a.) und die “linienlose mobile Montage” (s. Abb. 2.b.). In der Matrix-Montage ist der Shopfloor in einer rechteckigen (matrixförmigen) Anordnung angelegt, die modulare Arbeitsstationen umfasst. Diese können für verschiedene Aufgaben und in Abhängigkeit der Auftragssituation gerüstet werden. Aufträge werden indi viduell zwischen diesen Arbeitsstationen in Echtzeit geroutet, sodass gegenüber klassischen Linien bei hoher Produkt varianz höhere Auslastungen (ca. 20%) und geringere Durchlaufzeiten (ca. 25%) erzielt werden. Technologisch setzen solche Systeme einerseits geeignete Entscheidungsalgorithmen zur Planung und Steuerung der Routen und anderer seits geeignete Transportsysteme, d.h. fahrerlose Transportsysteme voraus.

hindernisfreien Shopfloor allokiert, um temporäre Arbeitsstationen zu rüsten und zu betreiben. Ändert sich die Markt- bzw. Produktsituation, werden diese Stationen aufgelöst und die Einheiten anderwei tig ausgelastet. Die Vision ist also die „marktsynchrone Everything Factory“. Technologisch sind dann nicht nur Algo rithmen notwendig, die Entscheidungen hinsichtlich des Auftragsrouting treffen, sondern auch Entscheidungen hinsicht lich günstiger Aufstellungsorte der Sta tionen und der Zuordnung von mobilen Einheiten zu Stationen unter Berücksich tigung der Auftragslage. Hardwareseitig bedarf es neben den Automated Guided Vehicles (AGV) für den Produkttransport, autonome und mobile menverschiedeneren(Mehrzweckressourcen),ManipulatorendiedietemporäArbeitsstationenkonstituierenundMontageaufgabenübernehkönnen.

an der Idee der klassischen Linie fest, während Firmen wie Audi oder Kuka die Matrix-Montage für Premiumprodukte ausgestalten und implementieren. Aus Sicht der KMU steht die Linie, abgesehen von Effizienz und Taktzeitverlusten und den damit verbundenen Opportunitäts kosten bei der Herstellung von individuel len Produkten, für Altbewährtes: Transpa renz beim lung.undPlanbarkeitProduktentstehungsprozess,derbenötigtenBetriebsmittelfürVorhersagbarkeitderFertigstelDurchlaufzeitensindvomMenschen

Wettbewerbsentscheidende Faktoren: Flexibilität und Resilienz

linear und entweder ohne komplexe Tools zu bestimmen oder algorithmische Entscheidungen der PPS zumindest nachzuvollziehen. Summa summarum: es fehlt das Vertrauen in die Güte der Entscheidungen und den Reifegrad der notwendigen Algorithmen und autono men OffenkundigBetriebsmittel.sindauch starre Randbe dingungen, bspw. vorhandene Infrastruk turen, nicht zu negieren, weshalb Verän derungen hin zur flexiblen Montage nur dem Brownfield-Ansatz folgen können: Vorhandene Betriebsmittel sind mitein zubeziehen und Investitionen innerhalb des Spielraums der betreffenden KMU zu halten. Trotzdem oder gerade deshalb ist eine Evolution im Unterschied zu einer Revolution hin zu flexiblen Systemen

M.Sc. Armin Buckhorst, M.Sc. Christoph Henke

möglich, denn das entscheidende Inkre ment ist der autonome mobile Manipu lator. Denn er kann zunächst als Hilfs mittel in vorhandenen Arbeitsstationen eingebunden werden. In einem nächsten Schritt kann er in mehrere Stationen – und zwar als Springer aktiv werden, sodass Vertrauen in die Autonomie der Ressource als kleinstes Inkrement von Skalierungsansätzen und Steuerungsal gorithmen für die temporäre Zuordnung von Stationen und Arbeitsumfängen gewonnen werden kann.

Praxistauglichkeit neuartiger Organisati Aberonsparadigmeninwieweit halten solche Ansätze Einzug in den Produktionsalltag? Und wie kann man sich einer Implementierung nähern? Häufig halten gerade kleine und mittelständische Unternehmen (KMUs)

Adaptive und flexible Montageorganisa tion

Die digitale Transformation bedarf for mulierter Visionen und konkreter Hand lungsanweisungen zur Weiterentwicklung vorhandener Produktions- und Monta gesysteme. Dabei bietet die Wissenschaft Paradigmen der Systemorganisation, die die klassische (getaktete) Linie verwerfen, um Resilienz und Flexibilität zu schaffen. Denn diese beiden Faktoren gestatten es den omnipräsenten Trends der Pro duktindividualisierung und veränderten Lebenszyklen an volatilen Märkten unter Berücksichtigung globaler und regionaler

Technologischer Reifegrad mobiler Robo Autonometereinheitenmobile Manipulatoren stellen die nächste Evolutionsstufe der autono men Mehrzweckressourcen als Kombina tion aus 6-Achs-Kinematik und AGV dar. Diese können ortsflexible Handhabungs

13 Impulse aus dem Lab Impulse aus dem Lab | 14

man die zukünftigen Anfor derungen der industriellen Montage, so existieren hinreichende organisatorische Konzepte, die zu Flexibilität, Resilienz und Nachhaltigkeit befähigen. Insbesondere werden autonome mobile Manipulatoren neben dem Menschen als inhärenter Sys tembestandteil berücksichtigt. In dieser Hinsicht sind wir vorbereitet; Vertrauen schaffen bei den Systembetreibern ist jetzt der BetrachtetSchlüssel.mandie mobilen autonomen Einheiten, so besteht hier konkreter Handlungsbedarf, um die Useability der mobilen Manipulatoren ähnlich trivial wie

die Bedienung eines Smartphones zu gestalten. Die Menge der Anbieter an Automatisierungstechnik, die Ihr Produkt portfolio um autonome mobile Manipu latoren erweitert, wächst stetig, sodass wir auch hier auf einem guten Weg hin zu maximaler Flexibilität zu sein scheinen.

tionen zu reagieren, jedoch erhöht sich die Komplexität bei der Integration der einzelnen Plattformen in den Produkti onsbetrieb. Denn diese ist gegenwärtig nur durch Expert:innen beherrschbar. Daraus ergibt sich folgende Forderung: Es müssen intelligente Bedienkonzepte realisiert werden, die die Komplexität und technische Problemlösung kapseln. Denn nur so können die notwendige Akzeptanz und das erforderliche Vertrauen in die autonomen Einheiten geschaffen werden.

To end Things off... Evolution statt Revo Betrachtetlution

Eine technische Herausforderung ist die Abnahme der eigentlich hohen Wieder holgenauigkeit bei der Positionierung von Handhabungsgeräten und Industriero botern in Kombination mit einer mobilen Plattform. Denn die Lokalisierungsgüte der mobilen Basis vergrößert die Unsi cherheit. Erschwerend ist die Umgebung der Systeme in der Produktion nicht vollständig kontrollier- bzw. determinis tisch beschreibbar. Insbesondere dann, wenn ein Kooperationsbetrieb mit dem Menschen erfolgt. Die Hinzunahme zusätzlicher Sensorsysteme und Zu standsschätzern schafft zwar Abhilfe, um autonom auf sich ändernde Situa

rwth-aachen.dea.buckhorst@wzl. rwth-aachen.dechristoph.henke@ifu.

Kontakt

Mit unseren Kompetenzen und langjähri gen Erfahrungen in den Bereichen der Au tomatisierungstechnik, Montageplanung und -steuerung sowie des Informationsund Qualitätsmanagements erforscht und entwickelt das Cybernetics Lab die Befähiger für die Montage der Zukunft.

insbesondere im Zusammenhang der Intralogistik, halten gegenwärtig Einzug in Lagerstätten und Distributionshäuser. Mit geeigneter Greiftechnik und Verfahrach sen ausgestattet, führen die Roboter Kommissionieraufgaben für geometrisch ähnliche Güter (bspw. Kleinteileträger) durch. Während der operative Betrieb zuverlässig erfolgt, liegt die eigentliche Herausforderung bei der Inbetriebnah me und dem Support: Die personellen und zeitlichen Aufwände sind nicht zu unterschätzen und erfordern program mier- und automatisierungstechnische Kompetenzprofile.

Abb.2.b. Linienloses mobiles Montagesystem Abb.1 Vorteile durch Flexibilität in Anlehnung an Strategy & 2019 Abb.2 a. Matrix-Montagesystem 15 Impulse aus dem Lab Impulse aus dem Lab | 16

Virtualität als Teil unserer Realität

den AR und VR intelligent genug sein, um uns bei unseren täglichen Aufgaben und Kommunikationsmethoden zu unterstüt zen, in alltägliche Prozesse wie Einkaufen und Einzelhandel integriert zu werden, an unseren Bildungs- und Qualifikationssys temen teilzunehmen und schließlich indi viduellere Fertigungsprozesse zu ermögli chen. Im CyberneticsLab nehmen wir die Herausforderung an, diese Anwendungen durch unsere Forschung und Projekte der Realität näher zu bringen.

Kontakt@ima.rwth-aachen.deanas.abdelrazeq

Lehren in der virtuellen Welt mittels virtueller Realität und Erreichen von Präsenz trotz Entfernung

Einsatz von AR und VR bei der Schulung und Qualifizierung von Montageaufgaben

17 | Hier kann ein Mustertitel stehen Hier kann ein Mustertitel stehen | 18Impulse aus dem LabImpulse aus dem Lab

Erleben neuer Umgebungen und Situationen in einem sicheren und wiederholbaren Rahmen

Die revolutionäre Zukunft der Mixed Reality (MR)-Technologien ist bereits im Gange. In dustrie und Endverbraucher freuen sich auf Geräte der Augmented und Virtual Reality (AR/VR), die personalisierte, zugängliche und gut gestaltete Erfahrungen bieten werden. MR zielt darauf ab, unsere Wahr nehmung der Realität zu verändern und die Nutzer in Umgebungen zu versetzen, die mit realen Elementen nicht erreicht werden können. Durch die Nutzung der Fortschritte im Bereich der Künstlichen Intelligenz wer

Wie geht eigentlich… moderne Ingenieurlehre?!

Mit BEETBox und Handbuch zu moderner Ingenieurlehre Off to modern engineering education – with BEETBox and handbook

The joint project ELLI 2 developed innovative concepts for teaching in engineering. The aim was to further develop the quality of teaching and improve the study conditions. Innova tive teaching concepts such as remote and virtual laboratories, a research workshop and the “Engineers without Borders Challenge” were developed, researched and put into practice. The project was divided into the core areas of “Remote Labs & Virtual Learning Worlds”, “Globalisation”, “Student Life Cycle” and “Entrepreneurship” to inves tigate and design modern teaching in engineering.

@ima.rwth-aachen.deingrid.isenhardt

WebsiteFörderinstitutionsitätTechnischeBochum,Ruhr-UniversitProjektpar10/2016Projektlaufzeit-03/2021tnerätUniverDortmund

gowww.elli-online.net Das Buch ist als Open Access hier Theerhältlich:handbook is available here: Hier geht’s zur ClickBEETBox:here for the BEETBox: 19 Projekte am Lab Projekte am Lab | 20

ELLI 2 fördert Kreativität, Problemlösen & Entrepreneurial Spirit zum Beispiel durch die Ingenieure ohne Grenzen Challenge

ELLI 2: Excellent Teaching and Learning in Engineering Sciences

The research and working worlds of (prospective) engineers are strongly influenced by the effects of worldwide trends and developments such as digi talisation, entrepreneurship movements or globalisation. Over a period of two funding phases (2011-2016 & 20162021), the joint project ELLI 2 of RWTH Aachen University, Ruhr-Universität Bochum and Technische Universität Dortmund developed, implemented and researched innovative, participa tory and interactive teaching/learning concepts for academic engineering

Das Verbundprojekt ELLI 2 entwickelte innovative Konzepte für die ingenieur wissenschaftliche Lehre. Ziel war die Weiterentwicklung der Lehrqualität und die Verbesserung der Studienbe dingungen. Dabei wurden innovative Lehrkonzepte wie remote und virtuelle Labore, eine Forschungswerkstatt sowie die „Ingenieure ohne Grenzen Challenge“ entwickelt, erforscht und in die Praxis umgesetzt. Das Projekt glie derte sich in die Kernbereiche „Remote Labore & virtuelle Lernwelten“, „Glo balisierung“, „Student Life Cycle“ und „Entrepreneurship“, um moderne Lehre im Ingenieurwesen zu untersuchen und zu gestalten.

ELLI 2: Exzellentes Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften

Forschungs- und Arbeitswelten von (angehenden) Ingenieur*innen werden stark durch die Auswirkungen welt weiter Trends und Entwicklungen wie Digitalisierung, Entrepreneurship-Be wegungen oder Globalisierung geprägt. Über einen Zeitraum von zwei Förder phasen (2011-2016 & 2016-2021) hat das Verbundprojekt ELLI 2 der RWTH Aachen University, Ruhr-Universität Bochum und Technischer Universität Dortmund innovative, partizipative und interaktive Lehr-/Lernkonzepte für die akademische Ingenieurausbildung ent wickelt, implementiert und beforscht. Als gemeinsames Ergebnis der Ver bundarbeit sind zum einen ein Hand buch – „Lehren und Lernen in den Ingenieurwissenschaften: innovativ – digital – international“ – und zum anderen eine Produktplattform – „Best Practices in Engineering Education Toolbox“ (BEETBox) – entstanden. Das Handbuch stellt einen Auszug der in den ELLI 2-Maßnahmen gesammelten Erkenntnisse und Erfahrungen dar und zeigt Lessons Learned auf, um anderen Lehrenden sowie Forschenden Anre gungen für den Transfer der Inhalte auf andere Hochschulen und Lehrveran staltungen zu bieten. Die BEETBox da gegen beinhaltet alle Produkte, die im Rahmen von ELLI 2 entstanden sind: dazu zählen Labore, Apps, Workshops, Seminare, Konzepte und Medien.

Aseducation.ajointresult of the collaborative work, a handbook —”Teaching and Learning in Engineering Science: in novative—digital—international“ —and a product platform— “Best Practices in Engineering Education Toolbox“ (BEETBox)—have been created. The handbook presents an excerpt of the findings and experiences gathered in the ELLI 2 measures and highlights lessons learned in order to offer other teachers and researchers suggestions for transferring the content to further universities and courses. The BEET Box, on the other hand, contains all products that have been created within the framework of ELLI 2 including labs, apps, workshops, seminars, concepts, and media.

@ima.rwth-aachen.denina.schiffeler @ima.rwth-aachen.deesther.borowski

www.chefin.pro

In mechanical engineering, only 9% of management positions are held by women (Statista, 2020), and the situa tion is hardly any better in other areas of science, technology, engineering, and mathematics (STEM). The CHEFIN project aimed to empower female ca reer starters in the transition from study to work, to teach them self-efficacy, and to encourage them in pursuing a leadership career. The project ended with a large, digital final conference in 2021.

Ein erfolgreiches Finale für ein Projekt, das noch lange wirken kann A successful final for a project which impact will last

Netzwerken und diskutieren für Frauen im MINT-Bereich

CHEFIN: Chancengerechte Entwicklung von Frauenkarrieren im MINT-Bereich CHEFIN: Equal opportunities in the development of female careers in the STEM sector

Noch immer sind im Maschinenbau nur 9 % der Führungspositionen von Frau en besetzt (Statista, 2020), in anderen Bereichen aus Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik (MINT) ist es kaum besser. Das Projekt CHE FIN hatte zum Ziel Berufsanfängerinnen am Übergang vom Studium zum Beruf zu stärken, ihnen Selbstwirksamkeit zu vermitteln und sie beim Verfolgen einer Führungskarriere zu bestärken. Mit ei ner großen, digitalen Abschlusstagung endete das Projekt im Jahr 2021.

Einer der Brüche, an dem Frauen häufiger als Männer die MINT-Branche verlassen, ergibt sich am Übergang vom Studium zum Beruf. Aus diesem Grund hat sich das IMA zusammen mit dem zhb der TU Dortmund zum Ziel gemacht, Frauen an diesem Übergang zu stärken, ihnen Selbstbewusstsein zu vermitteln und ihnen aufzuzeigen, dass sie – möglicherweise entgegen Stereo type, denen sie ausgesetzt sind – eine Führungskarriere für sich beanspru chen dürfen. Wir berichteten im letzten Jahr an dieser Stelle vom entwickelten Online-Tool, das niederschwellig und passgenau Tipps und Informationen für die Zielgruppe bündelt. Dieses ist und bleibt erreichbar unter www.check-dei Zumne-karriere.de.Endedes Projekts, im Jahr 2021, fand eine große Abschlusstagung mit über 170 Teilnehmer*innen statt. Neben einer Keynote „Chefin werden“ aus der Praxis von Dr. Ursula Schütze-Kreil kamp, Leiterin Personal Konzernfüh rungskräfte der Deutschen Bahn, und einer Keynote „Mikropolitik und Aufstiegskompetenz von Frauen“ aus der Wissenschaft von Prof. Dr. Daniela Rastetter, Professur für Personal und Gender an der Universität Hamburg, fanden eine Paneldiskussion und eine Kleingruppendiskussion statt. Dabei ging es darum, konkrete Handlungs empfehlungen zu erörtern und zu sam meln. Dank digitaler Tools kam auch das Netzwerken unter den teilneh menden Expert*innen, Berater*innen, Beschäftigen und Student*innen aus dem MINT-Bereich nicht zu kurz. Wir danken dem BMBF sowie dem Projektträger DLR Bonn für das ent gegengebrachte Vertrauen, das uns ermöglichte dieses erfolgreiche Projekt umzusetzen.

@ima.rwth-aachen.deesther.borowski

Recording der Ergebnisvorstellung des CHEFIN-Projekts

@ima.rwth-aachen.deingrid.isenhardt

One of the breaks at which women leave the STEM sector more often than men occurs at the transition from study to work. For this reason, the IMA, together with the zhb of the TU Dortmund University, has set itself the goal of strengthening women at this transition, giving them self-confidence and showing them that - possibly con trary to stereotypes to which they are exposed - they may claim a manage ment career for themselves. Last year, we reported here on the online tool we developed that bundles tips and information for the target group in a low-threshold and tailored manner. This is and will remain accessible at www.

@ima.rwth-aachen.dejohanna.werz

21 Projekte am Lab Projekte am Lab | 22

Förderinstitution

Website09/2017Projektlaufzeit-03/2021

Atcheck-deine-karriere.de.theendoftheproject, in January 2021, we held a large final conference with over 170 participants. In addition to the keynote speech “Chefin werden” from the field by Dr. Ursula SchützeKreilkamp, Head of Human Resources at Deutsche Bahn, and the keynote speech ”Mikropolitik und Aufstieg skompetenz von Frauen“ from the academic world by Prof. Dr. Daniela Rastetter, Professor of Human Re sources and Gender at the University of Hamburg, a panel discussion and a small group discussion took place. The aim was to discuss and collect concrete recommendations for action. Thanks to digital tools, the participating experts, advisors, employees and stu dents from the STEM field could pursue their networking activities online. We would like to thank the BMBF and the PT DLR Bonn for their trust in us, which enabled us to implement this successful project.

https://future-site.de/ 06/2018Projektlaufzeit-05/2021

Eines der Hauptziele des FutureSi te-Projekts ist es, Elemente der Digi talisierung auf die heutigen Baustellen zu bringen. Zu diesem Zweck haben wir im Laufe des Projekts zwei zentrale Komponenten entwickelt. Eine herstel lerunabhängige Kommunikationsarchi tektur erfasst und interpretiert Daten aus Baumaschinen, speichert sie zentral innerhalb einer Cloud-Architek tur und verarbeitet sie dort weiter. Zum anderen haben wir daran anknüpfend eine digitale Prozessplattform zum Um gang mit den auf der Referenzbaustelle anfallenden Datenströmen entwickelt. Diese ermöglicht beispielsweise Bau stellenverantwortlichen an zentraler Stelle einen Überblick über die aktuell laufenden Vorgänge auf der Baustelle sowie über die Zustände der darin involvierten Maschinen zu gewinnen. Beide oben genannten Komponenten wurden anhand von Szenarien unter realen Bedingungen evaluiert und erfolgreich getestet. Ein implementier ter Anwendungsfall ist das Geofencing. Hier wird auf der Plattform ein virtueller (geografischer) Zaun für eine bestimmte Maschine als sicherer Arbeitsbereich errichtet. Ein Durchbrechen des Zauns durch eine nicht autorisierte Maschine wird als Warnung auf der Plattform angezeigt, um die Aufsichtsperso nen vor Ort bei der Aufrechterhaltung einer sicheren Arbeitsumgebung zu unterstützen. Insbesondere eine hohe Geopositionierungsgenauigkeit der Maschinen sowie geringe Latenzzeiten sind entscheidend für den Erfolg der DurchGeofencing-Überwachung.verschiedeneweitere Anwen dungsfälle haben wir die Funktionalität der entwickelten Infrastruktur vor Ort mit echten Maschinen verifiziert. Mit diesen Ergebnissen hat das Projekt erfolgreich die Grundlage für weitere Entwicklungen und Tests zukünftiger Maschinentechnologien geschaffen.

Both of the above components were evaluated and successfully tested using scenarios under real conditions. One implemented use case is geo-fencing.

eines Verladeprozess auf einer Baustelle

Luftbild

FutureSite: Center zur Enwicklung der Baustelle von morgen FutureSite: Development Center for Future Construction Sites

One of the main targets of FutureSite project is to bring digitalization ele ments into today’s construction sites. For this purpose, and in the course of the project, we developed two central components. On the one hand, a ma nufacturer-independent communication architecture to collect and interpret data from construction machines and to store and process it centrally within a cloud architecture. On the other hand, we developed a digital process platform for handling the data streams generated at the reference construction site, which will enable, for example, construction site managers to gain a central overview of the current proces ses at the construction site and the status of the machines involved.

Digitization and automation are leading to enormous increases in produc tivity in many industries. However, in the construction industry, self-driving excavators, construction site clouds, 5G networks and smart technologies are still not really implemented and described as dreams about the future. In FutureSite project, we try with our partners to bring this closer to reality. In this project, we developed a reference construction site as a framework for the future development and testing of innovative construction site technol ogies (e.g. autonomy) under realistic conditions.

Eine Referenzbaustelle für die zukünftige innovative Entwicklung A Reference Construction Site for the Future Innovative Development

Projektpar tner Institut für Maschine nelemente und Syste mentwicklung (iMSE) der RWTH Aachen University Website

Here, a virtual (geographic) fence is established on the platform for a spe cific machine as a safe working area. A breach of the fence by an unauthorized machine is displayed as a warning on the platform to support the on-site su pervisors in maintaining a safe working environment. In particular, high geo-po sitioning accuracy of the machines and low latency are critical for the success of the geo-fencing monitoring. Through several other use cases, we proved the functionality of the de veloped infrastructure by installing it on a real construction site and testing it with real machines. With these results, the project set the bases for further de velopments and tests of future scena rios of construction sites.

Die Digitalisierung zukünftiger Baustellen mitgestalten

@ima.rwth-aachen.dehans.zhou @ima.rwth-aachen.deaymen.gannouni@ima.rwth-aachen.deanas.abdelrazeq@ima.rwth-aachen.dethomas.otte

Förderinstitution

23 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 24

Digitalisierung und Automatisierung führen in vielen Branchen zu enormen Steigerungen der Produktivität. In der Baubranche sind selbstfahrende Bag ger, Baustellenclouds, 5G-Netzwerke und intelligente Technologien allerdings noch nicht wirklich umgesetzt und werden als Zukunftsmusik bezeichnet. Im Rahmen des FutureSite-Projekts versuchen wir gemeinsam mit unseren Partnern, dies der Realität näher zu bringen. In diesem Projekt haben wir eine Referenzbaustelle als Rahmen für die zukünftige Entwicklung und Erpro bung innovativer Baustellentechnologi en (z. B. aus der Automatisierungstech nik) unter realistischen Bedingungen entwickelt.

Förderinstitution

Testumgebung von VerTex 4.0 im DCC Aachen

Die Erfindung des mechanischen Webstuhls prägte das Zeitalter der Industrialisierung entscheidend mit. Heute stehen wir an einem weiteren Meilenstein dieser jahrhundertelangen Entwicklung: Der vollständigen Digi talisierung textiler Produktionsketten im Sinne der Industrie 4.0. Auch die Standortfaktoren haben sich in den letzten Jahrzehnten stark verändert. Die vollständige Globalisierung und ein gesteigertes Bewusstsein für Nachhal tigkeit stellt insbesondere den Standort Deutschland vor neue Herausforde rungen: Wie lassen sich Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz sowie ver gleichsweise hohe Produktionskosten mit weltweitem Kostenwettbewerb vereinbaren?

Ein erheblicher Anteil der Produk tionskosten in der Textilproduktion wird durch interne Ressourcen, wie beispielsweise Material und Energieauf wand generiert. Dementsprechend ist die Steigerung der Ressourceneffizienz in der Produktion der wichtigste An wendungsfall für eine digitalisierte Pro zesskette. Hier setzt das Projekt VerTex 4.0 an und fokussiert die Steigerung der Produktionseffizienz in der textilen Fertigung auf Basis einer Vernetzung des Informationsflusses zwischen texti len Teilprozessen. Als Grundlage für eine Optimierung im Bereich der Ressourceneffizienz dient ein speziell auf die Anforderungen der Textilindustrie abgestimmtes Bewer tungsmodell, das sowohl den Bereich der nachhaltigen Ressourceneffizienz als auch wirtschaftliche Faktoren ein bezieht. Ein solches Modell kann nicht allein auf theoretischen Überlegungen basieren, sondern muss vielmehr die Realität der Produktion abbilden und ständig auf Veränderungen einfluss gebender äußerer Faktoren reagieren Allkönnen.diesgelingt

nur, wenn zu jedem Zeit punkt alle Informationen zum Produkt und seiner Umgebung zur Verfügung stehen. Für die durch starke Fragmen tierung und Insellösungen geprägte textile Produktionskette bedeutet dies, dass Standards für den Informations austausch, die -speicherung und -ver wertung, auch über Unternehmens grenzen hinweg, geschaffen werden Mitmüssen.dem Wissen, dass durchgehende Digitalisierung mehr als die Aneinan derreihung einzelner Technologien ist, schafft das Projekt VerTex 4.0 mit Ex perten aus den Bereichen Nachhaltig keit, Digitalisierung und Textil mit einem integrierten Digitalisierungsansatz neue Perspektiven für einen traditionsreichen Industriezweig.

A significant part of the production costs in textile manufacturing is gen erated by internal resources such as material and energy consumption. Ac cordingly, increasing resource efficien cy in production is the most important use case for a digitised process chain. This is where the VerTex 4.0 project comes in, focussing on increasing production efficiency in textile manu facturing based on connecting the flow of information between sub-processes of textile manufacturing.

The foundation for optimisation in the area of resource efficiency is an assessment model that is specially adapted to the requirements of the textile industry and includes both the area of sustainable resource efficiency and economic factors. Such a model cannot be based solely on theoretical considerations, but must rather reflect the reality of production and be able to constantly react to changes in influen tial external factors.

@ima.rwth-aachen.dedennis.kreutzer @ima.rwth-aachen.demichael.rath

VerTex 4.0: Digitalisation of the textile process chain for greater resource efficiency

Increasing efficiency through a networked process chain

The textile industry has a long and successful history - after all, it was the invention of the mechanical loom that decisively shaped the age of indus trialisation. Today we are at another milestone in this century-long devel opment: the complete digitalisation of production chains in the sense of Industry 4.0. However, in addition to the technologies, the locational fac tors have also changed significantly in recent decades. In particular, globali sation and the increased awareness of sustainability pose new challenges for Germany as a business location: How can sustainability and resource efficiency as well as comparatively high production costs be reconciled with global cost competition?

25 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 26

UniversityRWTHtechnikInstitutProjektpar07/2019Projektlaufzeit-06/2021tnerfürTextil-(ITA)derAachen

@ima.rwth-aachen.deaymen.gannouni

aberNachhaltigkeit,bittedigital!

Steigerung der Effizienz durch eine vernetzte Prozesskette

All this is only possible if information about the product and its environment is available at any given time. Since the textile production chain is charac terised by fragmentation and isolated solutions, standards must be created for the exchange, storage and pro cessing of data, even beyond company boundaries. With the knowledge, that continuous digitisation is more than just sequentially linking individual tech nologies, the VerTex 4.0 project with experts from the fields of sustainability, digitisation and textiles is creating new perspectives for a traditional branch of industry with an integrated approach towards digitisation.

VerTex 4.0: Digitalisierung der textilen Prozesskette für größere Ressourceneffizienz

Erschließung von Potenzialen aus Daten

In March 2021, the European Year of Rail was officially launched, similarly, for transporting passengers as well as goods by rail every day. As a result, quality improvements appeared as one of the areas which has a positive im pact on another, for example, increased punctuality. In QUISS project, a central point was employing artificial intelli gence and machine learning methods in order to achieve such quality im provements. We have succeeded in developing in-depth insights based on existing real data that can be used beyond the project duration.

InspirientDBProjektpar08/2018Projektlaufzeit-07/2021tnerCargoAG,GmbH

QUISS: Qualitätssteigerung des Schienenverkehrs durch intelligente datenbasierte Schadmustererkennung bei Schienenfahrzeugen

Förderinstitution

QUISS development and findings can be very beneficial for the overall rail sys tem. In particular, an added value can be seen through the increased quality of fleet maintenance and thus through the reduction in operational disruptions in rail freight traffic.

Ziel, Vorgehensweise und Ergebnisauszug Objective, Approach and Excerpt of Findings

In the course of QUISS, the analyses carried out and the models developed were used to gain deeper insights into existing cause-effect relationships with observed damage and fatigue phenomena of individual components, entire freight car (fleets) and the rail infrastructure. The overall rail system benefits from these findings, in par ticular through an increased quality of fleet maintenance and thus through a reduction in operational disruptions in rail freight traffic.

Im März 2021 wurde offiziell das Europäische Jahr der Schiene eröffnet. Auf dieser werden tagtäglich sowohl Personen als auch Güter befördert. Dadurch wirken sich Qualitätssteigerungen in einem dieser Bereiche ebenfalls positiv auf den anderen Bereich aus – zum Beispiel eine erhöhte Pünktlichkeit. Ein zentraler Punkt im QUISS-Projekt war der Einsatz von Methoden der künstli chen Intelligenz und des maschinellen Lernens, um solche Qualitätsverbesse rungen zu erreichen. Es ist uns gelun gen, auf der Grundlage vorhandener Realdaten tiefgreifende Erkenntnisse zu gewinnen, die über die Projektlaufzeit hinaus genutzt werden können.

In the course of QUISS project, the analyses carried out and machine lear ning models were developed and used to gain deeper insights into existing cause-effect relationships with obser ved damage and fatigue phenomena. This was analyzed on different scales as for individual components, entire freight car (fleets) and the rail infrastruc ture.

QUISS: Intelligent and Data-Driven Quality and Damage Recognition for Rail Vehicles

@ima.rwth-aachen.deanas.abdelrazeq@ima.rwth-aachen.dethomas.otte

A particular research focus was on the detection of data patterns and anoma lies in the context of freight wagons, most of which are equipped with tele matics boxes. Telematics boxes collect various sensor data such as position, speed and shock data from accelerati on sensors. In QUISS project, collected data was and transmitted to a holistic data infrastructure including an affili ated analytics system. In addition, we focused on the analysis of image data from a camera bridge at a marshalling yard, which is used to capture images of the condition of freight wagons when passing through during operation. This in turn can be further processed and analyzed in a (fully) automated process.

In direct collaboration with DB Cargo, the main goal of QUISS project is to design a predictive-quality approach for railway vehicles. The idea is to develop data-based applications for predicting maintenance demands using Artificial Intelligence (AI) and machine learning methods.

Prototypische Integration der Projektergebnisse bei der DB Cargo AG

The objective of QUISS was to develop data-based applications for predicting maintenance demands of railway vehicles using artificial intelligence (AI) Amethods.particular research focus was on the detection of data patterns and anomalies in the context of freight wagons of the DB Cargo AG, most of which are equipped with telematics boxes. These telematics boxes collect and transmit various sensor data (e.g. position, speed, shock data from acceleration sensors) to a holistic data infrastructure co-designed by QUISS including an affiliated analytics system. In addition to the data from the telematics boxes, the IMA focused on the analysis of image data from a camera bridge at a marshalling yard, which is used to re cord images of the condition of freight wagons when passing through during operation, which in turn can be further processed and analyzed in a (fully) automated process.

27 Projekte am Lab Projekte am Lab | 28

Lehren und Lernen mit

MiReBooks: Mixed Reality Handbücher für die Bergbauausbildung

MiReBooks: Mixed Reality Handbooks for Mining Education

Um Lehrende durch die Welt neuer Technologien und deren Einsatz in der Bergbaulehre zu leiten wurde im Rahmen des Projektes ein didaktisches Handbuch verfasst. In vier Kapiteln (Hello World, Teaching 4.0, MR Technologies und How to get started) erfahren die Lehrenden, wie sich die Rolle des Lehrenden 4.0 verändert und wie sie ihre eigene Lehre didaktisch fundiert mit MR Medien anreichern können.

The MiReBooks research project brings together stakeholders from academia and industry to revolutionize mining education through Mixed Reality (MR) technologies. The use of MR can provide access to otherwise difficult to reach or dangerous environments.

Teachers 4.0, Fit for the Future of Teaching, Mixed Reality-Based Toolset

@ima.rwth-aachen.deanas.abdelrazeq

In order to guide teachers through the world of new technologies and their use in mining education, a didactic manual was developed within the project. In four chapters (Hello World, Teaching 4.0, MR Technologies and How to get started), teachers learn how the role of the teacher 4.0 is changing and how they can enrich their own teaching with MR media in a didactical ly sound way. With practical examples and a decision support tool, teachers can reflect and adapt their own

Um Lehrende zu befähigen, eigene MR-Inhalte zu generieren und zu designen, hat das Team vom IMA ein Autorentool zur Erstellung von interaktiven 360° Erfahrungen entwickelt.

Mixed Reality

In ersten Studien zur Nutzererfahrung und Benutzerfreundlichkeit des Systems wurden Lehrende direkt in den Entwicklungsprozess einbezogen. Mit Hilfe des Tools können die Lehrenden eigene Inhalte hochladen, bearbeiten und anschließend in der Lehre live mit den Studierenden teilen.

der EU, daunter Institute of Mineral WebsiteFörderinstitutionUniversityRWTHEngineeringResources(MRE)derAachen

Many courses of study at the university require the integration of practical ex perience in order to adequately transfer the knowledge to students as well as prepare them for their professional life. Mainly in mining engineering, field trips and visits are part of the course design and often associated with high effort and costs. At IMA, we utilize the poten tial of Mixed Reality (MR) technologies into addressing the fore-mentioned challenges. Aiming at merging the MR technology into didactics of Mining education, together with over than 15 partners all over Europe, we reshape modern teaching and empower teach ers with interactive technology.

Teachers 4.0, Fit für die Zukunft des Lehrens, Mixed Reality-basiertes Toolset

29 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 30

@ima.rwth-aachen.delea.daling @ima.rwth-aachen.desamira.khodaei

Viele Studiengänge an Universitäten sind auf die Einbindung praktischer Erfahrungen angewiesen, um den Stu dierenden das Wissen angemessen zu vermitteln und sie auf das Berufsleben vorzubereiten. Vor allem in der Aus bildung von Bergbauingenieur*innen sind Exkursionen und Besichtigungen Teil der Kursgestaltung und oft mit hohem Aufwand und Kosten verbun den. Am IMA nutzen wir das Potential der Mixed Reality (MR) Technologien, um die oben genannten Herausforde rungen zu adressieren. Mit dem Ziel, die MR-Technologie in die Didaktik der Bergbauingenieurausbildung zu inte grieren, gestalten wir gemeinsam mit mehr als 15 Partnern in ganz Europa den modernen Unterricht neu.

Das vom IMA entwickelte Autorentool für die Gestaltung einer 360°Erfahrungen hilft Lehrenden, ihre eigene Lehre interaktiver zu gestalten

Das Forschungsprojekt MiReBooks bringt Akteure aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammen, um die Lehre im Bereich Bergbau durch Mixed Reality (MR) - Technologien zu revolutionieren. Der Einsatz von MR kann Zugänge zu sonst schwer erreichbaren oder gefährlichen Umgebungen schaffen. Durch virtuelle Exkursionen können Praxisbezüge gezielt genutzt werden, um komplexe Sachverhalte zu veranschaulichen und damit die Motivation und das Lernen zu verbessern. Im Rahmen des Projektes wird am IMA erforscht, wie Lehrende optimal bei der Vorbereitung auf die Lehre mit MR Materialien unterstützt werden können.

https://mirebooks. com/ go

teachers generating and designing their own MR content, the IMA team has developed an authoring tool for creating interactive 360° expe riences. Initial studies of the system’s user experience and usability directly involved instructors in the development process. Using the tool, instructors can upload their own content, edit it, and then share it live with students in Theclassrooms.projectresulted in a wide effect and change within many European uni versities. Mining engineering education is reshaped and is now more attractive than ever for students.

Toteaching.enable

Das Projekt hatte eine große Wirkung und führte zu Veränderungen an vielen europäischen Universitäten. Die Bergbauingenieurausbildung wird neu gestaltet und ist nun attraktiver denn je für Studierende.

Virtual field trips can be used to target real-world references to illustrate com plex issues, improving motivation and learning. Within the framework of the project, the IMA focuses in particular on how teachers can be optimally sup ported in their preparation for teaching with MR materials.

überProjektpar06/2018Projektlaufzeit-12/2021tner20Partneraus

Die Herstellung von Halbleitern ist ein zeitaufwändiger und filigraner Prozess, bei dem in festgelegten Prozessab folgen genau definierte, ultradünne Schichten metallorganischer Verbin dungen auf ein Trägermaterial auf gedampft werden. Die gleichmäßige Schichtdicke und absolute Reinheit der einzelnen Schichten ist das zent rale Qualitätskriterium. Da der Prozess unter absolutem Luftabschluss sowie unter sehr hohen Temperaturen von bis zu 1300°C stattfindet, stellt die dauernde Messung der Produktqualität während der Fertigung eine nahezu unlösbare Hürde dar. Demgegenüber ist jedoch die Aufnah me der prozessbegleitenden Parameter durch moderne Digitalisierungskonzep te verhältnismäßig einfach zu bewerk stelligen. Die zentrale Herausforderung ist, aus der Verbindung großer Mengen an Einzeldaten, die jeweils für sich kei nen direkten Einfluss auf die Qualität zu haben scheinen, Rückschlüsse auf die Qualität zu ziehen. Eine Aufgabe, die in ihrer Komplexität nur mittels künstlicher Intelligenz gelöst werden kann.

StuttgartAG,GmbH,SpaceAixtronProjektpar01/2019Projektlaufzeit-12/2021tnerSE,AZURSolarPowerLayTecIMSCHIPS

MOCVD4.2: Optimierte Produktion von Verbindungshalbleitern

Förderinstitution

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Onplish.the other hand, it is relatively easy to record the parameters that accom pany the process using modern digi tisation concepts. The main challenge is to draw conclusions about product quality from the combination of large amounts of individual data, which each seem to have no direct influence on quality. This is a task, which in its com plexity, can only be solved by means of artificial intelligence.

Auf dem Weg zu einer datengestützten Halbleiterproduktion Towards data-driven semiconductor productions

In combination with Deep Learn ing-based anomaly detection in time interval data, possible production errors can already be detected during the production process data, without direct quality measurement. In this way, recommendations can be made to the machine operator to remedy the problem.

@ima.rwth-aachen.demarco.kemmerling

Das Handling großer Datenmengen mittels künstlicher Intelligenz und weni ge Nanometer starke Halbleiterschich ten – eine gegensätzliche Verbindung? Weit gefehlt: Das Projekt MOCVD 4.2 schafft eine Verbindung zwischen der Welt der großen Datenmengen und der Welt der Nanotechnologie. Ge meinsam mit unserem Projektpartner, der AIXTRON SE, arbeiten wir an der Weiterentwicklung und Optimierung der Fertigung ultradünner, einkristalliner Halbleiterschichten. In den zentralen Rollen: Die automatische Ableitung von Systemmodellen und automati sche Anomalieerkennung mittels Deep Learning.

Big Data im Nanometerbereich

MOCVD4.2: Optimized production of compound semiconductors

The production of semiconductors is a time-consuming and complex process in which precisely defined, ultra-thin layers of metal-organic compounds are vapour-deposited onto a carrier ma terial in fixed process sequences. The uniformity and absolute purity of the individual layers are the crucial quali ty characteristics. Since the process takes place in the vacuum environment and at very high temperatures of up to 1300°C, the continuous measurement of product quality during the manufac turing is almost impossible to accom

Das Innere einer MOCVD-Anlage – Hier werden Halbleiter gezüchtet

@ima.rwth-aachen.dechrismarie.enslin

Handling large volumes of data by means of artificial intelligence and semi conductor layers, just a few nanometres thick - a contradictory combination? Far from it: the MOCVD 4.2 project creates a link between the world of big data and the world of nanotechnolo gy. Together with our project partner, AIXTRON SE, we are working on the further development as well as optimi sation of the production of ultra-thin, single-crystal semiconductor layers. The key focus: The automatic derivation of system models and automatic anom aly detection using Deep Learning.

A system model of machine behaviour is created from the recorded data using recurrent neural networks and graphi cal causal models. This system model captures the interactions between equipment and sensors and allows the derivation of potential causes of non-optimal product quality and even a simplified prediction of the effects of parameter variations.

Aus den aufgenommenen Daten wird mittels rekurrenter neuronaler Netze und graphischen Kausalmodellen ein Systemmodell des Maschinenverhal tens erstellt, welches die Interaktio nen zwischen Geräten und Sensoren erfasst und die Ableitung potenzieller Ursachen einer nicht optimalen Pro duktqualität ermöglicht und sogar eine vereinfachte Vorhersage der Auswir kungen von Parameteränderungen Inermöglicht.Verbindung mit einer Deep Lear ning basierten Anomaliererkennung in Zeitintervalldaten können darüber hinaus bereits während des Produkti onsprozesses, ohne direkte Qualitäts messung, mögliche Fehlproduktionen erkannt und Handlungsempfehlungen für den Maschinenbediener zur Ursa chenbehebung gegeben werden.

@ima.rwth-aachen.deanas.abdelrazeq

Im Jahr 2021 nahmen zweiundzwanzig Teilnehmer *innen aus den ESEE-Re gionen an unserem Online-Workshop teil und lernten anhand eines inter aktiven Whiteboards, kennen.zenMR-AppDesign-Thinking-MethodenverschiedenerundeinerdieMöglichkeitenundGrendigitalerWerkzeugeimUnterrichtWährenddesWorkshops reflektierten alle Lehrenden ihre indi viduelle Unterrichtssituation und die Bedürfnisse ihrer Studierenden in der Hochschulbildung. Dementsprechend konnte jeder der Lehrenden einschät zen, wann und warum welche Medien in der eigenen Vorlesung eingesetzt werden sollten sowie eigene Ideen entwickeln und kritisch bewerten. Es wurde deutlich, dass mehr interakti ve Formate geschaffen werden sollten, um Lehrkräfte auf die Herausforderun gen des digitalen Zeitalters vorzube reiten. Aus diesem Grund hat EIT Raw Materials den Workshop für ein weite res Jahr in 2022 übernommen, in dem die Weiterbildung in Anwesenheit der Teilnehmer *innen stattfinden wird.

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TrainESEE: Digital Teaching Competencies Workshop

Lehrende fit machen für digitale Lehre

WebsiteFörderinstitution09/2020Projektlaufzeit-12/2021

@ima.rwth-aachen.delea.daling

Ein Würfel mit 3D Modellen zeigt auf einfache Weise, wie Mixed Reality funktioniert

Im Rahmen des „EIT Raw Materi als“-Programms zur Unterstützung von Hochschulinstitutionen in Ost- und Südosteuropa (ESEE) leisten wir einen Beitrag, indem wir uns mit den digitalen Kompetenzen befassen, die von den Lehrkräften von heute benötigt werden.

In the year 2021, twenty-two partic ipants from ESEE regions took part in our online workshop and got in troduced to the opportunities and limitations of digital tools in teaching using an interactive whiteboard, various design thinking methods, and an MR app. During the workshop, all teachers reflected on their individual teaching situation and their student’s needs in higher education. According to that, each of the teachers was able evaluate when and why which media should be used in their own lectures and further develop and critically evaluate own Itideas.became apparent that more inter active formats should be created to prepare teachers for the challenges of the digital age in order to eventually become a media literate teacher them selves. Therefore, EIT Raw Materials adopted the workshop for another year in 2022 where the training will take place in presence

As part of the EIT Raw Materials pro gram to support higher education in stitutions in East and Southeast (ESEE) Europe, we contribute by addressing the digital skills that are required by to day’s teachers. In this context, we de signed a “Digital-Teaching Competen cies” workshop that supports teachers who are looking for integrating digital technologies into their teaching. By addressing not only current trends in higher education, but also the needs of the students, we pay a special attention to Mixed Reality (MR) technologies that offer enormous potential for enhancing the transferability of theoretical knowl edge. This workshop gives a broad overview and insight into the future of teaching and learning.

A one day online workshop with hands-on experiences on Mixed Reality

Während die gesamte Welt zunehmend digitalisiert wird, ist die Hochschullehre insbesondere in Ost und Südost (ESEE) -Regionen Europas immer noch in hohem Maße von traditionellen Lehr methoden und -materialien geprägt. Im Rahmen des Programms „EIT Raw Ma terials“ zur Unterstützung dieser Region ermöglicht unser Workshop zu digitalen Lehrkompetenzen Hochschullehrer*in nen ein besseres Verständnis der heutigen digitalen Herausforderungen. Darüber hinaus vermittelt der Work shop die notwendigen Fähigkeiten, um digitale Technologien in die heutigen Klassenzimmer zu integrieren. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf Mixed Reality Technologien, die ein enormes Potential zur Verbesserung der Übertragbarkeit von theoretischem Wissen in die Praxis bieten.

In diesem Zusammenhang haben wir einen Workshop „Digitale Lehrkom petenzen“ entwickelt, der Lehrkräfte unterstützt, die digitale Technologien in ihre Lehre integrieren möchten. Dabei gehen wir nicht nur auf aktuelle Trends in der Hochschulbildung ein, sondern auch auf die Bedürfnisse der Studie renden. Besonderes Augenmerk legen wir dabei auf Mixed Reality (MR)-Tech nologien, die ein enormes Potential zur Verbesserung der Übertragbarkeit von theoretischem Wissen bieten. Dieser Workshop gibt einen umfassenden Überblick und Einblick in die Zukunft des Lehrens und Lernens.

CLC East

https://trainesee2.eu/ workshops/ go

Ein eintägiger Online-Workshop mit praktischen Einblicken in Mixed Reality

While the entire world is becoming in creasingly digitalized, academic teach ing, especially in East and Southeast (ESEE) regions of Europe, is still highly dominated by traditional methods and materials. As part of the EIT Raw Ma terials program to support this region, our digital teaching competences workshop enables university teach ers to gain a better understanding on today’s digital challenges. In addition, it empowers them with the needed skills to integrate digital technologies into their teaching. A particular focus is on Mixed Reality technologies, which offer enormous potential for improving the transferability of theoretical knowledge into practice.

TrainESEE: Aufbau von digitalen Lehrkompetenzen für die Hochschulbildung

Die Abbildung zeigt ein Funktionsmuster des UrbANT zur iterativen Softwareentwicklung und -erprobung. Derzeit erfolgen die Montage und Inbetriebnahme der finalen Fahrzeuge inklusive Body und Mensch-Maschine-Schnittstellen. ©ika der RWTH Aachen University

Robotic systems for convenient goods transport

https://urbant.de/ go

UrbANT: Urbane, automatisierte, nutzerorientierte Transportplattform

@ifu.rwth-aachen.dechristoph.henke@ifu.rwth-aachen.dechristina.ionescu

Autonome Roboter auf der

WebsiteGmbHinnovationsmanufakturGmbH,2CoolforschungfürDeutscheFord-WerkestaltUniversity,(iTec)TechnikUniversity,derfürLehrstuhlProjektpar05/2019Projektlaufzeit-05/2022tnerundInstitutKraftfahrzeuge(ika)RWTHAachenLehrstuhlfürundIndividuumderRWTHAachenBundesan-fürStraßenwesen,GmbH,InstituteTextil-undFaser-(DITF),Easy-GmbH,BE-PowerneomeshGmbH,

Many distances in cities can comfortably be covered by bicycle, on foot and by public transport. How-ever, if large or heavy goods need to be transported, using a car often seems unavoidable.

Förderinstitution

The joint project UrbANT - urban, automated, user-oriented (in German “nutzerorientiert”) transport platform, funded by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF), aims to devel-op, manufacture, and test an individual, electrically driven micromobility vehicle that allows pedestri-ans in particular to carry heavy and large-volume goods safely and comfortably. On the one hand, the micromobility vehicle will be able to follow the user automatically, but it will also offer the potential for fully automated use without a human driver.

Mit dem Fahrrad, zu Fuß und mit öffentlichen Verkehrsmitteln können in Städten viele Wegstrecken bequem zurücklegt werden. Müssen jedoch große oder schwere Güter transportiert werden, erscheint das eigene Auto oftmals unverzichtbar.

35 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 36

@ifu.rwth-aachen.detobias.mueller @ifu.rwth-aachen.deyun.zheng

UrbANT: Urban, automated, user-oriented transport platform

Within the project, IfU is developing and integrating a follower function and autonomous navigation of the micromobile in urban environments. By means of the following function to be developed, the mi-cromobile is to be enabled to automatically follow a user (e.g., carry shopping home) and to actively avoid surrounding traffic. With the autonomous navigation function, the micromobile will be able to cover distances automatically without a user. The sensor technology used will enable it to fully regis-ter its surroundings and thus detect obstacles such as people and avoid them.

Das vom BMBF geförderte Verbundprojekt UrbANT – Urbane, automatisierte, nutzerorientierte Transportplattform hat das Ziel der Entwick lung, Fertigung und Erprobung eines individuellen, elektrisch angetriebenen Mikromobilitätsmittels, das insbe sondere Fußgängern die sichere und komfortable Mitnahme von schweren und großvolumigen Gütern erlaubt. Das Mikromobilitätsmittel wird zum dem Nutzer*innen automatisiert Folgen können, aber auch das Potenzial für einen vollautomatisierten Einsatz ohne menschlichen Fahrzeugführer*innen bieten. Innerhalb des Vorhabens erfolgt seitens des IfU die Entwicklung und In tegration einer Folgefunktion, sowie der autonomen Navigation des Mikromobils in urbanen Umgebungen. Mittels der zu entwickelnden Folgefunktion soll das Mikromobil in die Lage versetzt werden, einen Nutzer selbsttätig zu Folgen (z. B. Einkäufe nach Hause tragen) und dabei Umgebungsverkehr aktiv auszuweichen. Mit der Funktion zur autonomen Navigation wird das Mikromobil in der Lage sein, Strecken selbsttätig ohne Nutzer*innen zurück zulegen. Hierbei erfasst es durch die eingesetzte Sensorik vollständig seine Umgebung, kann somit z. B. Hinder nisse, wie Personen, wahrnehmen und diesen ausweichen.

Robotersysteme zur komfortablen Gütermitnahme

letzten Meile

In the TAIGERS project, the IMA, together with the Chair of Communica tion Studies (CS), brings the perspec tives together. The aim is to connect individual factors - e.g. prior knowledge or openness for technical innovations - with demands on the system - how and where should transparency be designed. Findings from focus groups and interviews with domain experts are validated in scenario-based surveys and online experiments and discussed with technical experts. The result is an attempt to develop a first domain-inde pendent framework for transparency in AI that makes the human perspective on the topic of transparent AI usable for computer scientists and engineers.

Künstliche Intelligenz ist in vielen Lebensbereichen heute schon unser täglicher Begleiter, sei es durch den Sprachassistenten auf dem Smart phone, den Routenplaner oder das Übersetzungstool. Anwendern ist gar nicht bewusst, dass viele Software-As sistenten bereits auf KI-Technologien setzen. Um jedoch auch dauerhaft für die KI Akzeptanz zu schaffen, muss erst einmal Vertrauen gebildet wer den – zum Beispiel über transparente KI-Algorithmen. Doch was bedeutet Transparenz in KI aus Nutzendensicht? Welche System- und welche Nutzen denfaktoren spielen eine Rolle und wie beeinflussen diese sich abhängig vom Kontext?

Faktoren

Im Projekt TAIGERS bringt das IMA zusammen mit dem Lehrstuhl für Kom munikationswissenschaft (CS) beide Perspektiven zusammen. Ziel ist es, individuelle Faktoren, z. B. Vorwissen oder Offenheit für technische Neuerun gen, mit Ansprüchen an das System, wie und wo soll Transparenz ausge staltet sein, zu verbinden. Erkenntnisse aus Fokusgruppen und Interviews mit Domänenexpert*innen werden in szenariobasierten Befragungen und Online-Experimenten validiert und mit technischen Expert*innen diskutiert. So entsteht der Versuch, einen ersten domänenunabhängigen Rahmen für Transparenz in KI zu entwickeln, der die menschliche Perspektive auf das Thema transparente KI für Informati ker*innen und Ingenieur*innen nutzbar Dazumacht.vereint das TAIGERS-Projekt Methoden der Sozialwissenschaften mit den Ansprüchen von Ingenieurwis senschaften sowie der Informatik. Als Exploratory Research Space einjährig gefördert, legt es den Grundstein für weitere Forschungsvorhaben und Pro jekte im hochaktuellen Thema Transpa renz in künstlich intelligenten Systemen.

@ima.rwth-aachen.deesther.borowski @ima.rwth-aachen.deingrid.isenhardt

The increasing demand for transpar ency in AI goes hand in hand with an increase in research in this area. At the same time, research faces the chal lenge of integrating the social science perspective with approaches that have so far been very computer science-ori ented. Still, the disciplines hardly find common answers, but rather deal with the technical implementation under terms such as Explainability or XAI, and with the users’ view of the topic under Understandability and Trust.

To this end, the TAIGERS project com bines methods from the social sciences with the demands of engineering as well as computer science. Funded for one year as an Exploratory Research Space, it lays the foundation for further research projects in the current, hot topic of transparency in artificially intelli gent systems.

Nutzenden faktoren (CS)

@ima.rwth-aachen.dejohanna.werz

Akzeptanz und Nutzung

Transparenz Aspekte, System voraussetzungen, Informationsdesign

Vertrauen, vorherige Erfahrungen, AI Literacy etc

Interviews, Experimental Systemfaktoren (IMA)

37 Projekte am Lab Projekte am Lab | 38

Einfluss nutzerseitiger und Systemfaktoren im Rahmen verschiedener Kontexte auf die Akzeptanz und die Nutzung transparenter KI

System- und Kontextfaktoren aus der Perspektive von Nutzer:innen User centric transparency in AI considering system and contextualFörderinstitution07/2021Projektlaufzeitfactors-06/2022

TAIGERS: Transparenz in Künstlicher Intelligenz: Explainability, Nutzenden- und Systemfaktoren

Die zunehmende Nachfrage nach Transparenz in KI geht mit einer Zunahme an Forschung in diesem Bereich einher. Gleichzeitig steht die Forschung vor der Herausforderung die sozialwissenschaftliche Perspektive mit den bisher sehr computerwis senschaftlich geprägten Ansätzen zu integrieren. Noch finden die Disziplinen kaum gemeinsame Antworten, sondern befassen sich unter Begriffen wie Exp lainability oder XAI mit der technischen Umsetzung, unter Understandability und Trust mit der Sicht der Nutzenden auf das Thema.

Artificial intelligence is already our daily companion in many areas of life, be it through the voice assistant on our smartphone, the route planner or the translation tool. Users do often not even know that many software assis tants already rely on AI technologies. However, in order to create lasting acceptance for AI, trust must first be built - for example, through transparent AI algorithms. But what does trans parency in AI mean from the user’s perspective? Which system and which user factors play a role and how do they influence each other depending on the context?

@ima.rwth-aachen.depaulina.blessing

TAIGERS: Transparency in Artificial Intelligence: considerinG Explainability, useR and System factors

Transparenz in KI – Systemund Nutzer*innenperspektive

transparenter KI

Kontextuelle studien

Interviews, szenariobasierte Studien

Es gilt, Frauen für die Branche des Maschinen- und Anlagenbaus zu gewinnen und sie dort zu halten.

39 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 40

@ima.rwth-aachen.delea.daling @ima.rwth-aachen.depaulina.blessing

The mechanical and plant engineer ing sector is facing major challenges: digitalization and demands for sus tainability are changing processes and workflows. At the same time, the sector is struggling with the shortage of skilled workers, which is also reflected in the low number of female applicants and female employees. Many companies in the mechanical and plant engineering sector are asking themselves how they can attract and retain the target group of women and, to this end, use the potential of in the current transformation?

desIMPULS-StiftungFörderinstitution07/2021Projektlaufzeit-07/2022VDMAe.V.

The lack of women in mechanical and plant engineering not only contradicts the claim of a sector under moderniza tion, but also worsens the situation of a shortage of skilled workers. In this light, the aim of a current study that we are conducting on behalf of the IMPULS Foundation of VDMA e.V. is to explore factors behind the shortage of women in the industry, to derive measures for attracting and retaining female enginee rs, and to identify the potential offered by new topics such as digitalization and Oversustainability.thecourse of a year, the stu dy brings together the perspectives of companies with those of female engineers. Following a web analysis of company websites and social media, we survey the decision-making paths of female students and the career experi ences of (former) employees in the in dustry. The perspective of the compa nies is concretized in walk-throughs as well as in an online survey. In order to involve companies in the best possible way and in a low-threshold manner, a website complements the classic study report. On the one hand, it illustrates the experiences of female engineers in so-called personae. On the other hand, it displays possible measures for at tracting and retaining female engineers by means of a checklist. Together with the IMPULS Foundation of the VDMA e.V., we are looking for ward to contributing to an equality-ori ented work culture in the companies of the mechanical and plant engineering sector.

Die Transformation einer Branche als Chance nutzen

IMPULS-Study: Female Engineers in Mechanical and Plant Engineering

Wir freuen uns darauf zusammen mit der IMPULS-Stiftung des VDMA e.V., einen Betrag zu einer an Gleichstellung ausgerichteten Arbeitskultur in den Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus zu leisten.

Ingenieurinnen wollen….

@ima.rwth-aachen.deesther.borowski @ima.rwth-aachen.deingrid.isenhardt

Trotz zahlreicher Bemühungen herrscht seit Jahrzehnten ein Mangel an Frau en im Maschinen- und Anlagenbau. Dies betrifft Berufsanfängerinnen, die sich für andere Branchen entscheiden ebenso wie weibliche Beschäftigte, die die Branche verlassen. Gleich zeitig unterliegt der Maschinen- und Anlagenbau großem Wandel: Themen wie Digitalisierung oder Nachhaltigkeit verändern Herstellungsprozesse und Produkte ebenso wie Arbeitsweise und -kultur. Welches Potential steckt in dieser Transformation? Wie können Unternehmen den Change nutzen, um Ingenieurinnen für die Branche zu gewinnen und dort zu halten?

Der Mangel an Frauen im Maschinenund Anlagenbau widerspricht nicht nur dem Anspruch der sich modernisie renden Branche, sondern verschärft den bestehenden Fachkräftemangel. Vor diesem Hintergrund gilt es in einer aktuellen Studie, die wir im Auftrag der IMPULS-Stiftung des VDMA e.V. durch führen, Faktoren für den Mangel von Frauen in der Branche zu erforschen, Maßnahmen zur Gewinnung und zum Halten von Ingenieurinnen abzuleiten und dabei insbesondere das Potential, das sich durch neue Themen wie Digi talisierung und Nachhaltigkeit ergibt, zu Imermitteln.Laufeeines Jahres bringt die Studie die Perspektive von Unternehmen mit der von Ingenieurinnen zusammen. Nach einer Webanalyse von Unter nehmenswebseiten und Social Media analysieren wir die Entscheidungswege von Studentinnen und die Karriereer fahrungen von (ehemaligen) Beschäf tigten der Branche. Die Perspektive der Unternehmen wird in Begehungen sowie in einer Online-Befragung kon kretisiert. Um Unternehmen bestmög lich und niederschwellig einzubezie hen, entsteht neben dem klassischen Studienbericht eine Webseite. Diese veranschaulicht einerseits die Erfahrun gen der Ingenieurinnen in sogenannten Personae. Andererseits zeigt sie mög liche Maßnahmen zur Gewinnung und zum Halten von Ingenieurinnen mittels einer Check-Liste an.

The transformation of a sector as an opportunity

IMPULS-Studie: Ingenieurinnen im Maschinen- und Anlagenbau

The Smart Shopping Aachen project supports the development of a digital platform to realize the vision of a hybrid retail. Together with the city of Aachen, the IMA is developing various digital tools for stationary retail and gastrono my. Customers can use the plattform to browse, reserve and shop both locally and online. If wished for they can have products delivered to their homes.

WebsiteStadtProjektpar03/2020Projektlaufzeit-08/2022tnerAachen

@ima.rwth-aachen.desamira.khodaei

Neben der kontinuierlichen Weiterent wicklung der Plattform wird derzeit dar an gearbeitet, die Rahmenbedingungen für einen erfolgreichen Weiterbetrieb nach Projektende zu schaffen. Durch das Beispiel in Aachen werden hybride Einkaufserlebnisse in Städten realisiert.

The smart shopping aachen project reached major milestones in cooper ation with various stakeholders in the city of Aachen: After a user experience study, two surveys, six digital shopping trips and over 30 workshops with re tailers in Aachen, the Smart Shopping Aachen platform went live in Novem ber. This means that the IMA can now explore the fusion between local and online retail in the city centre in a living laboratory.

@ima.rwth-aachen.dechristopher.eck

Im Rahmen des Projekts Smart Shop ping Aachen sind in Zusammenarbeit mit verschiedenen Akteuren der Stadt Aachen wichtige Meilensteine erreicht worden. Nach einer User Experience Studie, zwei Befragungen, sechs digi talen Einkaufsbummeln und über 30 Workshops mit den Einzelhändler*innen in Aachen, geht die Smart Shopping Aachen Plattform in den Live-Betrieb. Damit kann durch das IMA nun die Verschmelzung zwischen lokalem und online Handel in der Innenstadt im Reallabor erforscht werden.

Geht auch digital – Einkaufen in Aachen über Instagram, Wonder oder auch im OecherLab

Um den Wünschen und Bedürfnissen der Händler*innen und Gastronom*in nen sowie der Konsument*innen gerecht werden zu können, wurde ein partizipativer Forschungsansatz gewählt. In verschiedenen Formaten wurden hierbei zum Beispiel die Aus gangsvoraussetzungen der Geschäfte, die Interaktion mit der Plattform und die Akzeptanz von Geschäftsmodelva rianten untersucht. Zudem konnten in der Pandemiezeit regelmäßige digitale Einkaufsbummel dabei helfen, mit den Kund*innen in Kontakt zu bleiben.

Die Digitalisierung bietet dem lokalen Einzelhandel und der Gastronomie wertvolle Chancen. Das veränderte Kundenverhalten erfordert ein Um denken des lokalen Handels und eine Adaption neuer digitaler Werkzeu ge, um Kund*innen virtuell und lokal anzusprechen. Jedoch fehlt es klei nen, inhabergeführten Geschäften an digitalen Kompetenzen, um passend zu Dasreagieren.Projekt

Endspurt – unsere Plattform geht in den Live-Betrieb

Digitalization offers opportunities for lo cal retailers and restaurants. Changing customer behavior requires a rethink ing of local retail and an adaptation of new digital tools to address customers virtually and locally. However, small, owner-operated retail businesses and restaurants lack the digital skills to respond appropriately.

@ima.rwth-aachen.dethomas.otte

@ima.rwth-aachen.defrank.hees

41 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 42

Smart Shopping Aachen

https://smart.aachen-shopping.de/

Förderinstitution

Smart Shopping Aachen unterstützt die Entwicklung einer digitalen Plattform zur Förderung des hybriden Einzelhandels. Dabei entwi ckelt das IMA gemeinsam mit der Stadt Aachen verschiedene digitale Werkzeu ge für den stationären Einzelhandel und die Gastronomie. Über diese können Kund*innen vor Ort sowie online stö bern, reservieren, einkaufen und sich bei Bedarf auch Produkte nach Hause liefern lassen.

A participatory research approach was chosen in order to meet the wishes and needs of retailers and restaurants as well as consumers. Different formats were used to analyze, for example, the initial requirements of the businesses, the interaction with the platform, and the acceptance of business model variants. Furthermore, throughout the pandemic period, regular digital shop ping trips helped businesses to stay in contact with their customers. In addi tion to the continuous improvement of the platform, we are currently working on laying the foundations for successful post-project operation. Through the example in Aachen, hybrid shopping experiences are being made possible in cities.

Vom Hybriden Einzelhandel zu einer Smart Shopping Aachen Plattform From Hybrid Retail to a Smart Shopping Aachen Platform

@ima.rwth-aachen.defrank.hees

www.oecherlab.de go

In fünf thematischen Zukunftsräumen ist im OecherLab eine wechselnde Ausstellung zu sehen und zu erleben. Interessierte tauchen virtuell in die Zukunft des Kapuzinerkarrees ein, in der mobile, autonome Transportplatt formen emsig Waren ausliefern und begegnen zum Beispiel Pepper, dem humanoiden Serviceroboter. In jeder Ausstellung gibt es viele verschiedene Exponate, die im OecherLab ange schaut und getestet werden. Nach dem generellen Eröffnungsthema „Smart City“ folgen „Mobilität“, „Handel und lebenswerte Innenstadt“, „Arbeit 4.0“ und „Gesundheitswirtschaft“. Zum Ende des Projekts wird das Thema der aktuellen Wild Card durch Bürger*in nenpartizipation bestimmt und erhält so noch einmal einen besonderen Fokus. Als Projektpartner veranstalten wir als IMA unter anderem Kreativworkshops, Schülerlabore und Roboter AGs. Mit den Idea Camps als Kreativworkshops bilden wir zu jedem Zukunftsraum die Grundlage zur Ideengenerierung, die im Anschluss weiterverfolgt und konkreti siert werden. In der Roboter AG steht der mobile Serviceroboter Oscar im Mittelpunkt, im Schülerlabor geht es um den Minicomputer Calliope und das einfache Programmieren von Drohnen. Durch die Schülerlabore für Kinder und Roboter AGs für Erwachsene zielen wir darauf ab, den beruflichen Alltag von vielen von uns in der Wissenschaft, auch allen anderen Oecher*innen zugänglich zu machen und ihnen aktive Einblicke in die Welt der Programmie rung zu bieten.

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Besucherin erkundet in einer virtuellen Parallelwelt Visionen der Stadt der Zukunft

Come in, experience and participate –the OecherLab is a testing and devel opment center. Together with business, science, administration and politics, people from Aachen can experience, discuss, develop and test ideas and innovations to shape their city of tomor row. How can Aachen become smart er? What do the citizens of Aachen want for their city? The OecherLab is intended to provide space and op portunity to ask these questions and also find answers. Since May 2021, the OecherLab has finally opened its doors in the Kapuzinerkarree – come by!

@ima.rwth-aachen.dechristopher.eck

Unser Aachen von morgen selbst gestalten OecherLab

WebsitecoworkDialegoStadtProjektpar04/2020Projektlaufzeit-08/2022tnerAachen,AG,AG

Förderinstitution

Gemeinsam smarte Ideen vor Ort entwickeln Developing smart ideas together on site

As a project partner, we from the IMA organize, creative workshops, student labs and robotics workshops. With the creativity workshops, we form the basis for generating ideas for a smart, sustainable and livable Aachen, which are then pursued and specified. The ro botics workshop focuses on the mobile service robot Oscar, while the student lab is all about the minicomputer Cal liope and the simple programming of drones. Through the student labs and robotics labs, we aim to make the daily work of a scientist accessible to every one in Aachen and to offer them active insights into the world of programming.

Reinkommen, erleben und #mitmaa chen – das OecherLab ist ein Erpro bungsraum und Entwicklungsstandort. Oecher*innen können gemeinsam mit Wirtschaft, Wissenschaft, Verwaltung und Politik Ideen und Innovationen erleben, diskutieren, entwickeln und erproben, um ihre Stadt von morgen zu gestalten. Wie kann Aachen smarter werden? Was wollen die Oecher*innen für ihre Stadt? Das OecherLab bietet Raum und Möglichkeit, diese Fragen zu stellen und Antworten zu finden. Seit Mai 2021 hat das OecherLab endlich seine Türen im Kapuzinerkarree geöff net – kommt vorbei!

@ima.rwth-aachen.desarah.abdelrazeq

A changing exhibition on five different themes can be seen and experienced in the OecherLab. Interested persons dive virtually into the future of the Ka puzinerkarree, where mobile, autono mous transport platforms busily deliver goods or meet Pepper, the humanoid service robot. In each exhibition, there are many different innovations that can be seen and tested in the OecherLab. The general opening theme of “Smart City” will be followed by “Mobility,” “Retail and Liveable Downtown,” “Work 4.0” and “Health Economy.” At the end of the project, the theme of the current Wild Card will be determined by citizen participation and thus receives a spe cial focus.

Fahrerassistenzsystem für Tunnelbohrmaschinen

Driver-assistance systems are suppor ting us on a daily basis where enginee rs are working hardly towards the vision of having fully autonomous vehicles. Similar to passenger cars, assistance systems are also used in constructi on machinery. However, their use is limited to some processes and can only support the operator based on a fixed set of rules. BauML project takes this further. In order to make these assistance systems more adaptable, we investigate the application, integra tion and evaluation of machine learning methods for developing such systems.

Mixschild Maschine der Herrenknecht AG spezialisiert auf heterogene Baugründe

Projektträgere.V.riumForschungskuratoMaschinenbau(FKM)

Unterstützung der Operatoren von Tunnelbohrmaschinen mithilfe von KI Supporting operators of tunnel boring machines with artificial intelligence

Fahrerassistenzsysteme unterstützen uns täglich. Inzwischen arbeiten Ingeni eure mit Hochdruck an der Vision des vollautonomen Fahrens. Ähnlich wie bei Kraftfahrzeugen werden Assistenzsys teme auch in Baumaschinen einge setzt. Ihr Einsatz ist jedoch auf einige Prozesse beschränkt und kann den Bediener nur auf der Grundlage eines festen Regelwerks unterstützen. Das Projekt BauML geht hier einen Schritt weiter. Um diese solchermaschinellenundsuchenanpassungsfähigerAssistenzsystemezumachen,unterwirdieAnwendung,IntegrationBewertungvonMethodendesLernenszurEntwicklungSysteme.

BauML: Integration of Human Expert Knowledge into the Control of Construction Ma chinery Using Machine Learning Methods

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@ima.rwth-aachen.dehans.zhou @ima.rwth-aachen.deanas.abdelrazeq

Der Tunnelbau ist ein wichtiger Be standteil moderner Infrastruktur. Das Ausgraben von Gestein und Erde ermöglichte es dem Menschen neue Lebensräume für verschiedene Zwecke wie Gütertransport, Lagerhaltung oder Wasserversorgung zu schaffen. Tun nelbohrmaschinen sind extra für einen sicheren und effizienten Tunnelbau entwickelte Maschinen. Sie nutzen eine Vielzahl an Sensoren, um die Umge bung der Maschine zu erfassen und dadurch den Tunnelbauprozess effizienter zu gestalten. Obwohl die Senso rik innerhalb einer Tunnelbohrmaschine bereits umfassende Datenmengen generiert, hängen viele Arbeitsprozess schritte noch stark von einer manuellen Bedienung und somit der Erfahrung des Bedieners der Maschine ab. Um die Komplexität des Bauprozesses für Operatoren zu reduzieren, werden Assistenzsysteme eingesetzt, die da durch indirekt die Gesamteffizient des Tunnelbauprozesses verringern. Das Projekt BauML trägt mit seinen Forschungsergebnissen zum Aufbau zukünftiger KI-basierter Assistenzsys teme für Tunnelbohrmaschinen bei, die auf die oben genannten Vorteile ab zielen. Die Kernidee ist, mit Methoden des maschinellen Lernens verfügbare Sensordaten zu analysieren und auf Basis der Analyseergebnisse ein men schenzentriertes Assistenzsystem zu entwickeln. Zu diesem Zweck wurden Daten von mehr als 40 verschiedenen Sensoren erfasst. Aufbauend darauf wird das Wissen von Experten*innen mit Methoden des maschinellen Ler nens modelliert, indem verschiedene Leistungsklassen vorhergesagt wer den. Kernkomponenten von „Explain able AI“-Methoden werden anschlie ßend verwendet, um das versteckte Expertenwissen innerhalb der gelernten Modelle zu explizieren. Das Projekt BauML dient als Grundlage für die Ent wicklung zukünftiger Assistenzsysteme für Tunnelbohrmaschinen.

Tunneling is a central element of mo dern infrastructure. By digging holes under the surface, humans created new space for different purposes like transportation, water supply, or stora ge. Tunnel boring machines are special construction machines for safe and efficient tunneling. These machines use a variety of sensors to measure the surrounding environment in order to increase the efficiency of the tunneling process. Although sensor technology of tunnel boring machines generate ex tensive amounts of data, the operation is still executed manually. Therefore, the overall efficiency depends heavily on the experience of the human operator. An assistance system could further improve the efficiency of the tunneling process by supporting the operator with their task. Moreover, an AI-based assistance system can also show clear benefits in the aspects of safety, trai ning and qualification.

FörderinstitutionAachen(MSE)SystementwicklungnenelementeInstitutProjektpar06/2020Projektlaufzeit-11/2022tnerfürMaschiundderRWTHUniversity

@ima.rwth-aachen.deaymen.gannouni

Targeting at the fore-mentioned bene fits, the project BauML contributes with its research results into building the future AI-based assistance systems for tunnel boring machines. The core idea is to use methods of machine learning to analyze available sensor data and develop a human-centered assistance system based on the analyzed results. For this very reason, looking at more than 40 different sensors, data have been captured. In addition, experts’ knowledge is modeled using machine learning methods through predicting different performance classes. Core components of explainable AI methods are also used to explicate the hidden expert knowledge within the learned models. BauML project serves as a basis for the development of future assistance system for tunnel boring machines.

BauML: Integration menschlichen Expertenwissens in die Steuerung von Baumaschi nen durch Machine Learning Methoden

Dreidimensionales Modell eines Spritzgusswerkzeuges inklusive Auswerfersystem 01/2021Projektlaufzeit-12/2022

Der Fachkräftemangel ist in aller Munde. Es wird automatisiert, Arbeits strukturen werden überdacht und unbeliebte Tätigkeiten werden durch weniger unbeliebte abgelöst. Meist wird dabei an monotone Arbeiten direkt am Fließband gedacht. Die Spritzgussin dustrie steht währenddessen aber einer weiteren, wohl größeren Herausforde rung gegenüber: Es fehlt an qualifizier ten Konstrukteuren und Konstrukteu rinnen. Künstlich Intelligente Systeme, die lernen zu konstruieren, könnten eine Lösung darstellen. AutoEnSys stellt sich der Herausforderung und geht die ersten Schritte in Richtung einer automatisierten Konstruktion von Spritzgusswerkzeugen.

Was haben Zahnbürsten, Stoßstangen und Sonnenbrillen gemeinsam? All diese Teile werden häufig im Spritz gussverfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren wird flüssiger Kunststoff in ein formgebendes Werkzeug gespritzt, in dem das Material aushärtet und somit beispielsweise zu der Zahnbürste wird, die kurze Zeit später im Super marktregal steht. In der gleichen Ma schine kann auch eine Sonnenbrille aus Kunststoff hergestellt werden. Dafür ist oft lediglich ein neues formgebendes Werkzeug nötig.

Smart design support for injection molds @ima.rwth-aachen.devladimir.samsonov@ima.rwth-aachen.dejohanna.lauwigi @ima.rwth-aachen.derobert.jungnickel

WBA Aachener Werk zeugbau Akademie KonstruktionsbüroGmbH, Hein

Der Flaschenhals in der Vorberei tung eines Spritzgussverfahrens liegt entsprechend bei der Konstruktion der zugehörigen Werkzeuge. Der Fachkräf temangel in Deutschland hat inzwi schen aber auch die Domäne der Kon struktion erreicht. Es fehlt also auch an dieser Stelle an qualifiziertem Personal, um entsprechende Spritzgusswerk zeuge zu entwickeln. Hier setzt das Projekt AutoEnSys an. Gemeinsam mit dem Konstruktionsbüro Hein GmbH und der WBA GmbH, entwickelt das IMA einen intelligenten Algorithmus zur automatisierten Auslegung der Auswerfersysteme in Spritzgusswerk zeugen. Dieser Algorithmus analysiert die CAD-Dateien der Produkte und ex trahiert aufgaben- und geometriespe zifische Eigenschaften. Basierend auf diesen Eigenschaften positioniert er die Auswerfersysteme. Da jedes Werkzeug sein eigenes System zum Entformen des Bauteils mitbringen muss, über nimmt der Algorithmus somit erheb liche Teile des Konstruktionsaufwan des. Durch die Automatisierung sich wiederholender Tätigkeiten, können Konstrukteure und Konstrukteurinnen unterstützt und der Fachkräftemangel entschärft werden.

Automatisierte Auslegung des Auswerfersystems Automated design of the demolding system

AutoEnSys:

What do toothbrushes, bumpers, and sunglasses have in common? All of these parts are typically injection molded. In this process, liquid plastic is injected into a molding tool. The mate rial in the machine hardens to become, for example, the toothbrush which appears on the supermarket shelf just a short while later. The same machine can also be used to produce plastic sunglasses. Often, all that is needed for this is a new injection molding tool. The bottleneck in the preparation of an injection molding process lies accor dingly in the design of the correspon ding molds. However, the shortage of skilled workers in Germany has also reached the ranks of design enginee rs. As a result, there is also a lack of qualified design engineers to develop appropriate injection molds. This is where the project AutoEnSys steps in.

Intelligent systems that learn to design could provide a solution. AutoEnSys is rising to the challenge and taking the first steps towards automated design of injection molds.

FörderinstitutionProjektträgerGmbH

47 Projekte am Lab Projekte am Lab | 48

Projektpar tner

Virtuelle Konstrukteure

Intelligente Konstruktionsunterstützung für Spritzgusswerkzeuge

In cooperation with Konstruktionsbüro Hein GmbH and WBA GmbH, the IMA develops an intelligent algorithm for the automated design of ejector systems in injection molds. This algorithm analy zes the CAD files of the products and extracts task- and geometry-specific Basedproperties.onthese properties, it positions the ejector systems. Since each mold must bring its own system to eject the product, the algorithm thus takes over significant pieces of the design effort. The automation of repetitive tasks sup ports design engineers and reduces the shortage of skilled workers.

The shortage of skilled workers is a known issue. Work is being automated, structures are being rethought and new and better jobs are replacing unpopular ones. Most people think of monoto nous work directly on the assembly line when they think of automation.

The injection molding industry, howe ver, faces another new challenge: the shortage of qualified design engineers.

@ifu.rwth-aachen.dekonstantin.zaehl

entwickeln. Weiterhin findet das Rein forcement Learning zum Erlernen von Bewegungsstrategien für einzelne De montageschritte einen Einsatz. Fokus ist hier das Ableiten von Robotertrajek torien für beispielsweise das Lösen von Steck- oder Klebeverbindungen.

Bislang wird die Demontage von LIB manuell und mit einer geringen Demon tagetiefe durchgeführt. Freigelegte und für eine Materialtrennung zerkleinerte Batteriemodule und -zellen werden anschließend mit klassischen Trennver fahren, wie Sichtung und Siebung, auf bereitet. Im Rahmen von Demo-Sens soll erstmals eine automatische Demontage mit Hilfe von Robotern so wie eine sensorbasierte mechanische Aufbereitung erfolgen. Hierzu wird eine iterative und wechselseitige Anpassung der Prozessschritte Demontage und mechanische Aufbereitung erfolgen. Innerhalb des Projektes DemoSens bringt das IfU seine Expertise in den Bereichen des maschinellen Lernens und lernfähiger Robotersysteme ein. Die hierbei behandelten Forschungs themen umfassen den Einsatz von Bildverarbeitungsalgorithmen zur au tomatisierten Erkennung von Kompo nenten und Ableitung der teDabeiPointcloudundder(Instanzsegmentierung)Demontage.Roboter-WerkzeugpositionenzugehörigenfürderenHierzuwirdDeepLearningzurDetektioneinzelnenKomponenteneingesetzteine6DPosenschätzungmittelsRegistrationangeschlossen.istdasZieleinemöglichstrobusundeinfachübertragbarePipelinezu

Förderinstitution

DemoSens: Robot assisted recycling of E-Mobile-Batteries

Up to now, the disassembly of LIBs is carried out manually and with a low di sassembly depth. Battery modules and cells that have been exposed and crus hed for material separation are then processed using classic separation methods such as sifting and screening.

@ifu.rwth-aachen.dechristoph.henke

In the DemoSens project an auto-ma ted disassembly with the help of robots and sensor-based mechanical pro cessing will be carried out for the first time. For this purpose, an iterative and mutual adjustment of the process steps disas-sembly and mechanical treat ment will take place.

Within the DemoSens project, the IfU contributes its expertise in the areas of machine learning and self-learning robot systems. The research topics addressed include the use of image processing algo-rithms for automa ted detection of the components and derivation of the associated robot tool positions for their disassembly. For this purpose, deep learning (instance seg mentation) algorithms are devel-oped to detect the individual components and are subsequently combined with point cloud registration algorithms to estimate the 6D pose. The aim is to develop a pipeline that is robust and as easy to transfer as possible. Further more, reinforcement learning is used to learn motion strategies for individ-ual disassembly steps. The focus here is on the derivation of robot trajectories for the removal of plugged or adhesive connections.

Maschinelles Lernen zur Steigerung der Flexibilität und Adaptivität von Robotersystemen im LIB Recycling Machine learning to increase the flexibility and adaptivity of robotic systems in LIB recycling

DemoSens: Robotergestütztes Recycling von E-Mobil-Akkus

Im Rahmen des Projekts DemoSens soll das Recycling von Lithium-IonenBatterien aus Elektrofahrzeugen (im Weiteren LIB) entlang der gesamten Prozesskette von der Demontage über die Sortierung bis hin zur mechani schen Aufbereitung umfassend digi talisiert und automatisiert werden. Ein Teilgebiet ist hierbei bisher bestehende Algorithmen auf Basis des maschinel len Lernens weiterzuentwickeln, so dass eine robotergestützte Demontage adaptiv und generalisierbar auf Teil komponenten des EV-Batteriesystems erfolgen kann.

@ifu.rwth-aachen.dechristina.ionescu sityRWTHMetallrecyclingProzesstechnikInstitutsity,RWTHComponentsEngineeringLehrstuhlhochschuleUmweltWasser,InstitutProjektpar10/2020Projektlaufzeit-09/2023tnerfürInfrastruktur,Ressourcen,(IWARU)–FachMünster,fürProductionofE-Mobility(PEM)derAachenUniverfürMetallurgischeund(IME)derAachenUniver

Within the DemoSens project, the recycling of lithium-ion batteries from electric vehicles (hereinafter referred to as LIB) is to be comprehensively digitized and automated along the entire process chain, from dismantling and sorting to mechanical processing. A sub-area here is the further develop ment of existing algorithms on the basis of machine learning, so that robot-as sisted disassembly can be adap-tive and generalizable to sub-components of the EV battery system.

Robotersystem innerhalb eines Kleindemonstrators: Akquisition der Batteriekomponenten mittels RGB-D-Kamera, Instanzsegmentierung und Pointcloud Registration

Autonome Roboter im Recycling

49 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 50

@ima.rwth-aachen.desarah.abdelrazeq

◦

Im Vorgängerprojekt LeNa (Leitfaden Nachhaltigkeit) ist ein Reflexionsrah men mit dem Ziel erarbeitet worden, die systematische Betrachtung von Forschungsprozessen im Hinblick auf gesellschaftliche Verantwortung zu unterstützen. Um diesen Reflexions rahmen stärker in die Anwendung zu bringen, bedarf es einer didaktischen Aufbereitung. Hierzu fördert das Modul „LeNa Move“ die Bekanntheit und Umsetzung des LeNa-Reflexionsrah mens in der Wissenschaftscommunity durch die Entwicklung zielgerichteter, motivierender Formate. Dazu zählen Kurzvideos, Microtrainings und ein Webbegleiter mit Elementen aus der Gamification, die als niederschwellige Angebote einen einfachen Zugang zu den LeNa-Kriterien der Nachhaltigkeit, bieten:

Ethics & Transparency Inter- & Transdisciplinarity

User orientation & reflection of effects

Sustainability in research – through reflection and microtrainings

Furthermore, the work in LeNa Move includes a critical reflection of the LeNa Reflection Framework in order to identify starting points for promoting awareness.

Integrative approach & dealing with complexity

The LeNa Shape project, funded by the BMBF, investigates whether and how the principle of „research in social responsibility“ changes research pro cesses and projects in terms of quality, impact and motivation of researchers. The project investigates how to achieve greater integration and enthusiasm for sustainability management in research organisations and among staff. Thus, the LeNa Shape project includes work in two modules („LeNa Move“ and „LeNa Value“) focusing on increasing motivation and developing quality criteria.

Ethik & Transparenz

04/2021Projektlaufzeit-09/2023

Hence, the module „LeNa Move“ pro motes awareness and implementation of the LeNa reflection framework in the scientific community by developing tar geted, motivating formats. These inclu de videos, micro-trainings and a web guide with gamified elements, which as low-threshold offerings provide easy access to the criteria of sustainability explained in the LeNa Reflection Fra mework:

◦

◦ Nutzerorientierung & Reflexion von Wirkungen Neben einer didaktischen Aufbereitung des LeNa-Reflexionsrahmens beinhal ten die Arbeiten in „LeNa Move“ außer dem eine kritische Reflexion dessen, um Ansatzpunkte zur Förderung der Bekanntheit zu identifizieren. Ziel des parallelen Moduls „LeNa Value“ ist es, unter Berücksichtigung des wissen schaftstheoretischen und -politischen Kontexts Kriterien für die Qualität von Forschung zu entwickeln. Zudem wird eine Methodik für die Analyse der Wirkung von Forschung auf die Rea lisierung einer global nachhaltigeren Entwicklung erarbeitet.

Mit Theorievideos und interaktiven Microtrainings zu nachhaltiger Forschung

Website

LeNa Shape: Forschen in gesellschaftlicher Verantwortung – Gestaltung, Wirkungsanalyse, Qualitätssicherung

The aim of the parallel module 2 „LeNa Value“ is to develop criteria for the qua lity of research and a methodology for the analysis of the impact of research on the realization of a globally sustain able development. Thereby, the context of science theory and policy is taken into account.

Integrative Herangehensweise & Umgang mit Komplexität

Im BMBF-geförderten Projekt LeNa Shape wird erforscht, ob und wie das Prinzip „Forschen in gesellschaftlicher Verantwortung“ Forschungsprozesse und -projekte hinsichtlich Qualität, Wirkung und Motivation von Forschen den verändert. Hierbei wird untersucht, wie eine stärkere Durchdringung und Begeisterung für Nachhaltigkeitsma nagement in Forschungsorganisationen sowie bei Mitarbeiter *innen erreicht werden kann. Dafür sind im Projekt LeNa Shape Arbeiten in zwei Modulen („LeNa Move“ und „LeNa Value“) mit den Schwerpunkten Motivationserhö hung und Entwicklung von Qualitätskriterien vorgesehen.

@ima.rwth-aachen.dedennis.kreutzer

◦

Förderinstitution

@ima.rwth-aachen.debruna.pereiradesouza@ima.rwth-aachen.denina.schiffeler

◦

In the predecessor project LeNa (Leitfaden Nachhaltigkeit), a reflection framework has been developed with the aim of supporting the systematic assessment of research processes with regard to social responsibility. In order to bring this reflection framework more strongly into application, a didactic preparation is needed.

Nachhaltigkeit in der Forschung – durch Reflexion und Microtrainings

LeNa Shape: Researching with social responsibility: Shaping research, analysing impact and ensuring quality

Gewusst wie –verantwortungsvollgesellschaftlichforschen

◦

51 Projekte am Lab Projekte am Lab | 52

◦

www.nachhaltig -forschen.de go

Projektpar Max-Planck-GesellschaftLeibniz-Gemeinschaft,Fraunhofer-Gesellschaft,Helmholtz-Gemeinschaft,tner

◦ Inter- & Transdisziplinarität

Bei der Produktion von Batteriezellen werden Daten durch eine Vielzahl von Quellen bereitgestellt. Die systemati sche Nutzbarmachung dieser Daten und deren automatische Auswertung mittels Verfahren der Künstlichen Intelligenz bilden den Schwerpunkt des Projekts MangelndeDataBatt.Standards stellen Anla genhersteller und -betreiber bei der Erfassung von Daten, deren Aufbe reitung und Speicherung vor große Herausforderungen. Durch die Ent wicklung standardisierter horizontaler Datenstrukturen trägt das Projekt dazu bei, diese bisher ungenutzten Informati onen entlang des gesamten Prozesses verfügbar und die Abläufe und Zusam menhänge der Produktion transparent zu Diemachen.Schaffung einer vereinheitlichten Informationsbasis legt das zwingend notwendige Fundament für alle daten zentrierten Prozesse der Industrie 4.0.

@ima.rwth-aachen.demichael.rath @ima.rwth-aachen.deanas.abdelrazeq

DataBatt: Integration of Horizontal Data Structures in Battery Production

DataBatt: Integration Horizontaler Datenstrukturen in der Batterierproduktion

In Cloud

The creation of a unified information base lays the necessary foundation for all data-centric applications. The transformation of production through far-reaching automation, data-based business models or intelligent predic tions will only become possible as soon as information underlying the process is captured and shared in a standard ized Togetherway. with the Chair of Production Engineering of E-Mobility Components at RWTH Aachen University and other project partners in Aachen, Karlsruhe and Ulm, we are therefore researching how an advanced data basis can make the production of battery cells more flexible and efficient. In this way, we are laying the foundation for sustain able battery cell production and thus contributing to the creation of a “green battery”.

A lack of standards poses major challenges for equipment manufactur ers and operators when it comes to collecting, processing and storing data. By developing standardized horizon tal data structures, the project makes previously unused information available along the entire process and makes the processes and interrelationships of production transparent.

Die Wandlung der Produktion durch weitreichende Automatisierung, daten basierte Geschäftsmodelle oder intel ligente Vorhersagen wird erst möglich, sobald dem Prozess zugrundeliegende Informationen auf standardisierte Art erfasst, zur Verfügung gestellt und geteilt werden können.

@ima.rwth-aachen.deaymen.gannouni

laufen die Informationen zusammen und helfen die Produktion günstiger, leistungsfähiger und nachhaltiger zu machen

Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components der RWTH Aachen und weiteren Projektpartnern in Aachen, Karlsruhe und Ulm erforschen wir daher, wie eine gut strukturierte – also „aufgeräumte“ – und zukunftssichere Datengrundlage die Herstellung von Batteriezellen flexibler und effizienter gestalten kann. Hierdurch legen wir die Basis für eine nachhaltige Batterie zellproduktion und leisten somit einen Beitrag zur „grünen Batterie“.

53 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 54

During the production of battery cells, data is provided by a variety of sourc es. The systematic utilization of this data and its automatic evaluation using artificial intelligence are the focus of the DataBatt project.

der

Nachhaltigkeit durch aufgeräumte Daten

FörderinstitutionHelmholtzFraunhoferfürdesProduktionstechnologieversity,RWTHComponentsEngineeringLehrstuhlProjektpar11/2020Projektlaufzeit-10/2023tnerfürProductionofE-Mobility(PEM)derAachenUniwbkInstitutfürKarlsruherInstitutTechnologie,GesellschaftInstitutUlm

Einheitliche Informationsflüsse in der Batteriezellproduktion Uniform Information Flows in Battery Cell Production

Die Digitalisierung in der Batteriezell produktion ermöglicht es, Produkti onsabläufe zu optimieren, Anomalien in der Produktion zu erkennen und durch Verkürzung von Anfahrprozessen die Produktionskosten zu senken. Wesent licher Bestandteil bei der Anwendung solcher Digitalisierungsansätze ist eine umfassende Datenbasis und eine gesamtheitliche Sammlung von Daten aller Maschinen und Anlagen. Das Projekt DataBatt, als Teil des BMBF-In ZePro Clusters, zielt daher darauf ab, neue Konzepte der Informationstechnik in die Produktionstechnik zu übertra gen, zu erweitern und anzuwenden.

Digitization in battery cell production makes it possible to optimize produc tion processes, detect anomalies and reduce production costs by shortening start-up processes. An essential com ponent in the application of such digiti zation approaches is a comprehensive collection of data. This helps in ob taining a holistic view on all machines and equipment. The DataBatt project, as part of the BMBF-InZePro cluster, therefore aims to transfer, expand and apply new concepts from information technology to production engineering.

Batterien für die Zukunft der Elektromobilität Batteries for the future of electric mobility

Durch die zunehmende Umstellung der Personenmobilität auf batterieelektri sche Antriebe gewinnt die Fertigung von Batterien immer mehr an Relevanz. Gemeinsam mit dem PEM der RWTH Aachen, dem ILT der Fraunhofer Ge sellschaft sowie dem iwb der Techni schen Universität München wird da her ein innovatives Anlagenkonzept für eine kosteneffizientere und gleichzeitig qualitätssteigernde Produktion von Lit hium-Ionen-Batterien entwickelt. Zent rales Element ist die Digitalisierung der Prozesskette zur Ermöglichung einer datenbasierten Optimierung der Steue rungsparameter.

LaserScale: Skalierte Laserstrukturierung und -trocknung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren zur Steigerung der Leistungsfähigkeit

The novel plant concept integrates three separate process steps of elec trode production into one overall pro cess. Compared to the traditional hori zontal arrangement, vertical electrode coating enables simultaneous coating on both sides. This not only shortens the coating time but also reduces the space required. The electrodes are then dried by a vertical laser module, which leads to a significant reduction in drying distances compared with conventional drying. In the final process step, microstructures are created in the electrodes by laser structuring, there by increasing the energy and power density of the lithium-ion batteries. The overall system can thus increase not only the cost efficiency of production but also the quality of the manufactu red battery cells. Networked measurement and sensor technology is used to record pro cess-relevant data from the entire plant in real time and integrate it into a digital process chain, enabling rapid respon ses to process fluctuations through dynamic readjustment. Comprehen sive data collection enables the quick and goal-oriented optimization of the process chain, which is to date largely unexplored. After successful data inte gration and semantic data processing, the optimization potential of the over all process will be explored by using methods from artificial intelligence to ensure that the process swiftly beco mes market-ready.

Due to the accelerating adoption of battery electric drives in personal mo bility, improvements to the battery pro duction process are becoming increa singly important. In cooperation with the PEM of RWTH Aachen University, the ILT of the Fraunhofer Gesellschaft and the iwb of the Technical University of Munich, an innovative plant concept is being developed for a more cost-ef ficient and at the same time quali ty-enhancing production of lithium-ion batteries. One central component lies in digitizing the process chain to enable the data-driven optimization of the control parameters.

Über vernetzte Mess- und Sensortech nik werden prozessrelevante Daten der Gesamtanlage in Echtzeit erfasst und in einer digitalen Prozesskette einge bunden, sodass schnelle Reaktionen auf Prozessschwankungen durch dynamische Nachregelung ermöglicht werden. Die durchgehende Datener fassung ermöglicht die schnelle und zielgerichtete Optimierung der bis dato weitgehend unerforschten Projektkette. Durch den Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz wird nach einer erfolgreichen Datenintegration und semantischen Datenaufbereitung das Optimierungspotential des entwickelten Gesamtprozesses erschlossen, um eine zügige marktreife des Prozesses zu gewährleisten.

Hier entstehen Elektroden für Lithium-Ionen-Batteriezellen

Das neuartige Anlagenkonzept integ riert drei separate Prozessschritte der Elektrodenherstellung zu einem Ge samtprozess. Eine vertikale Elektroden beschichtung ermöglicht im Vergleich zur horizontalen Anordnung eine simul tane beidseitige Beschichtung. Dies verkürzt nicht nur die Beschichtungs zeit, sondern reduziert gleichzeitig den benötigten Platzbedarf. Anschließend werden die Elektroden durch ein eben falls vertikales Lasermodul getrocknet, welches verglichen mit herkömmlicher Trocknung zu einer deutlichen Reduk tion der Trocknungsstrecken führt. Im letzten Prozessschritt werden durch Laserstrukturierung Mikrostrukturen in den Elektroden erzeugt und somit die Energie- und Leistungsdichte der Lithium-Ionen-Batterien erhöht. Die Gesamtanlage kann so nicht nur die Kosteneffizienz der Produktion, son dern auch die Qualität der gefertigten Batteriezellen steigern.

@ima.rwth-aachen.dehans.zhou

@ima.rwth-aachen.demarco.kemmerling@ima.rwth-aachen.dedaniel.luetticke

FörderinstitutionUniversitätsenschaftennentutLasertechnikty,RWTHComponentsEngineeringLehrstuhlProjektpar01/2021Projektlaufzeit-12/2023tnerfürProductionofE-Mobility(PEM)derAachenUniversiFraunhofer-Institutfür(ILT),InstifürWerkzeugmaschiundBetriebswisTechnischeMünchen

ElektrodenherstellungDatengetriebene

LaserScale: Scalable laser structuring and drying of lithium-ion accumulators to increase performance

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Förderinstitution

OptiPro: Optimierte Zellfinalisierung im virtuellen Produktionssystem

Der Prozess der Zellfinalisierung von Lithium-Ionen-Batterien umfasst die Elektrolytbefüllung, die Versiegelung, die Formierung, die Entgasung sowie die abschließende Qualitätsprüfung und Sortierung. Dieser Prozess ist die letzte Gelegenheit Einfluss auf die Qua lität und somit Leistungsfähigkeit der Batterie zu nehmen und verdient somit besondere Beachtung. Ziel des Projek tes OptiPro ist die vollständige Digita lisierung durch Aufbau eines virtuellen Produktionssystems zur Beobachtung und Steuerung des finalen Produkti onsprozesses. Alle verfügbaren Mess werte und Produktionsschritte werden in einem digitalen Zwilling bereitgestellt, der ein virtuelles Abbild des Produk tionsprozesses darstellt, sodass ein vollständiges Cyberphysisches System Anhandentsteht.gesammelter Daten kann nun für jede einzelne Zelle nachvollzogen werden, unter welchen Fertigungsbe dingungen sie entstanden ist. Dies ist die perfekte Grundlage für den Einsatz künstlicher Intelligenz, mit deren Hilfe nun bereits während früher Produkti onsschritte potentiell fehlerhafte Zellen identifiziert und ausgeschleust werden können. Darüber hinaus ermöglicht eine derartig tief in den Prozess ver ankerte Datenaufnahme und -analyse auch die Vorhersage der Auswirkungen veränderlicher Umgebungsparame ter auf die Produktqualität. Dank des vollständigen digitalen Abbilds, das ständig mit dem Realprozess syn chronisiert wird, kann die Übertragung dieser Erkenntnisse in eine direkte Steuerung des Fertigungsprozesses schneller als je zuvor eine hochskalierte Produktion mit minimalem Ausschuss gewährleisten.

@ima.rwth-aachen.dedaniel.luetticke

Digitale Batteriezwillinge

Datenmodell für den Produktionsprozess der Batteriezellenfertigung

Es ist entschieden: Die Massenmo bilisierung soll elektrifiziert werden. Entscheidende Voraussetzung für das Gelingen eines derart tiefgreifenden Umbruchs unserer modernen Welt ist die Herstellung hocheffizienter Batte rien in nie dagewesenen Stückzahlen innerhalb kürzester Zeit. Das Projekt OptiPro widmet sich der Qualitäts optimierung im besonders kritischen letzten Produktionsschritt, der Zellfina lisierung. Durchgehende Digitalisierung durch virtuelle Produktionssysteme und der digitale Zwilling leisten einen Beitrag zum schnellen RampUp großer Produktionskapazitäten bei minimalem Ausschuss.

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It’s been decided: Mass mobilization is to be electrified. A crucial prerequisite for the success of such a profound change in our modern world is the production of highly efficient batteries in unprecedented quantities as soon as possible. The OptiPro project is dedicated to quality optimization in the particularly critical last production step, cell finalization. End-to-end digitization through virtual production systems and the digital twin contribute to the rapid ramp-up of large production capacities with minimal rejects.

@ima.rwth-aachen.dejohanna.lauwigi@ima.rwth-aachen.dechrismarie.enslin

The cell finalization process of lithi um-ion batteries includes electrolyte filling, sealing, forming, degassing, and final quality inspection and sorting. This process is the last possible chance to influence the quality and thus the performance of the battery and there fore deserves special attention. The aim of the OptiPro project is to achieve complete digitalization by setting up a virtual production system to monitor and control the final production pro cess. All available measurements and production steps are made available in a digital twin, which represents a virtual image of the production process, creat ing a complete cyber-physical system. The collected data can now be used to trace the production conditions under which each individual cell was created. This is the perfect basis for the use of artificial intelligence, which opens up the possibility to identify potentially defective cells that can then be reject ed during early production steps. In addition, data recording and analysis anchored as deep in the process as in this way also enables predicting the effects of changing environmental parameters on the product quality. Thanks to the complete digital image, which is constantly synchronized with the real process, the transfer of this knowledge into direct control of the manufacturing process can ensure a highly scaled production with minimal rejections faster than ever before.

Auf dem Weg zu einem virtuellen Batterieproduktionssystem Towards a virtual battery production system

OptiPro: Optimised cell finalisation with a virtual production system

sitätderFahrzeugtechnikMünchen,LehrstuhlTechnischenschaftenundWerkzeugmaschinenUniversity,nikSpeichersystemtechEnergiewandlungfürUniversity,derrischetertechnikty,RWTHComponentsEngineeringLehrstuhlProjektpar03/2021Projektlaufzeit-02/2024tnerfürProductionofE-Mobility(PEM)derAachenUniversiInstitutfürStromrichundElektAntriebe(ISEA)RWTHAachenLehrstuhlElektrochemischeundderRWTHAachenInstitutfürBetriebswissen(iwb)derUniversitätfür(FTM)TechnischenUniverMünchen

@ima.rwth-aachen.dedaniel.luettickeplants @ima.rwth-aachen.demarco.kemmerling@ima.rwth-aachen.demichael.rath

SmartCSP: Optimaler Betrieb von Solarthermiekraftwerken

FörderinstitutionProjektträger 59 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 60

Effizienzsteigerung durch künstliche Intelligenz Increasing efficiency through artificial intelligence

The field of renewable energy gen eration is dominated by photovoltaic and wind power plants. However, both technologies share a common weak ness: the amount of electrical energy generated is subject to very strong fluctuations depending on whether the sun is shining or the wind is blowing. Expensive energy storage systems are needed to ensure a constant supply of electricity. Concentrated solar power (CSP) plants can circumvent this weak ness by first heating a carrier medium during periods of strong solar radiation.

The unrestrained use of fossil fuels for electrical energy generation is more than ever facing an abrupt end, espe cially in the context of current events. A sustainable energy turnaround can only succeed by making the best possible use of renewable energies, especially solar energy. Alongside wind power and photovoltaics, solar thermal energy is the technology with the greatest potential. However, the central pre requisite for the optimal use of these power plants is their efficient and thus cost-effective operation. This is where the SmartCSP project comes in with the utilization of smart data.

Die ungehemmte Nutzung fossiler Brennstoffe zur Erzeugung elektrischer Energie steht, auch im Kontext aktuel ler Ereignisse, mehr denn je vor einem jähen Ende. Eine nachhaltige Energie wende kann nur unter bestmöglicher Ausnutzung regenerativer Energien, insbesondere der Sonnenenergie, ge lingen. Solarthermie ist, neben Wind kraft und Photovoltaik, die Technologie mit dem größten Potential. Zentrale Voraussetzung für den optimalen Ein satz dieser Kraftwerke ist jedoch deren effizienter und somit kostengünstiger Betrieb. Hier setzt das Projekt SmartCSP mit der Nutzung smarter Daten an.

Fraunhofer-InstitutProjektpar10/2021Projektlaufzeit-03/2024tner

Der Bereich regenerativer Energieer zeugung wird von Photovoltaik- und Windkraftanlagen dominiert. Beide Technologien verbindet jedoch eine gemeinsame Schwachstelle: Die Menge der erzeugten elektrischen Energie unterliegt systembedingt sehr starken Schwankungen – je nachdem, ob gerade die Sonne scheint oder der Wind weht. Um eine dauerhafte Ver sorgung mit Elektrizität sicherzustellen sind teure Energiespeicher notwendig. Solarthermische Kraftwerke (Con centrated Solar Power, CSP) können diese Schwachstelle umgehen indem in Zeiten starker Sonneneinstrahlung zunächst ein Trägermedium erhitzt wird. Die darin gebundene thermische Energie kann, zumindest begrenzt, gespeichert werden und zu einem spä teren Zeitpunkt in elektrische Energie umgewandelt werden.

Das Ziel des Projekts SmartCSP ist es, die Wettbewerbsfähigkeit dieser vielversprechenden Technologie zu fördern, indem mittels Künstlicher Intelligenz der Betrieb und die Wartung solarthermischer Kraftwerke optimiert werden. Hierfür wird ein feingranulares Sensornetzwerk in einem Kraftwerk installiert, um die Vielzahl an Betriesparametern und Umwelteigenschaften möglichst genau zu erfassen. Die hier gewonnenen Daten werden in einem zentralen Online-Monitoring System zusammengeführt und aufbereitet, sie werden zu smarten Daten. Durch den Einsatz neuester Methoden der künstlichen Intelligenz werden feingra nulare Effizienzsteigerungen ermög licht, die durch klassische Regelung nicht möglich wäre. Smarte Daten und künstliche Intelligenz leisten im Projekt SmartCSP einen wichtigen Beitrag für die nachhaltige Erzeugung elektrischer Energie und den schrittweisen Verzicht auf fossile Energieträger.

The aim of the SmartCSP project is to promote the competitiveness of this promising technology by using artificial intelligence to optimize the operation and maintenance of CSP plants. For this purpose, a fine-grained sensor network is installed in a power plant in order to record the huge amount of op erating parameters and environmental characteristics as accurately as possi ble. The data obtained here is consoli dated and processed in a central online monitoring system, ultimately becoming smart data. Usage of the latest artificial intelligence methods enables finegrained efficiency improvements that would not be possible with conven tional control. In the SmartCSP project, smart data and artificial intelligence de liver an important contribution towards sustainable generation of electrical energy and the gradual elimination of fossil fuels.

für Solare Energiesysteme (ISE), Hamon Ther mal Germany GmBH, Mondas GmbH, TSK Flagsol Engineering GmbH

The thermal energy bound in this medi um can be stored, at least to a limited extent, and converted into electrical energy at a later time.

Konzentriertes Sonnenlicht wird in solarthermischen Kraftwerken in nachhaltigen Strom umgewandelt.

Smarte Energiewende

Projektträger Jülich

SmartCSP: Optimal operation of concentrated solar power

Im Mittelstand-Digital Zentrum Rhein land unterstützen wir kleine und mittlere Unternehmen dabei, ihre Unternehmen selbst durch Methoden und Technolo gien der Digitalisierung zukunftsfähig zu machen. Über Praxisbeispiele, Demonstratoren, Informationsveran staltungen sowie dem gegenseitigen Austausch können Unternehmen die Digitalisierung erleben und mit unserer Hilfe den Weg von der Idee zur digita len Lösung gehen. Das Zentrum tritt dabei als One-StopShop für alle KMU der Zielregionen Rheinland auf und adressiert mit den angebotenen werk.rienaheproduzierendeUnterstützungsformatenUnternehmen,industDienstleistersowiedasHand

Informativ, qualifiziert, vernetzt Informed, qualified, networked

In addition to teaching methodological and technological skills, the center’s portfolio also includes a wide range of services in the areas of information, training, implementation, transfer and networking. It is focused on a holistic view and systemic analysis of digiti zation needs, as well as on enabling SMEs to realize digital transformation and the use of AI in the company itself by building up skills. The five pillars of the Mittelstand-Digital Zentrum Rheinland support SMEs in digitization according to their individual qualifica tion level and can thus offer different knowledge levels fitting to the require ment. Deliverables in the “Inform” area, for example, provide relevant informa tion for shaping the digitization process through digitization & AI checks. The “Qualify” pillar, on the other hand, fo cuses on strengthening technological, organizational and work-shaping skills among SMEs. The implementation of digitization and AI projects are real ized in the “Implement” area in design workshops. The transfer of target group-specific and practice-oriented knowledge for SMEs in the Rhineland is made tangible through virtual demon strators and practical circles. The fifth pillar “Networking” connects SMEs and start-ups as well as value chains through formats such as matching lunches.

Förderinstitution

Website(E4TC)formationEuropeanneDigitalTHProjektpar11/2021Projektlaufzeit-10/2024tnerKöln,HubColog(DHC),TransCenter

Das Portfolio des Zentrums umfasst neben der Vermittlung methodischer und technologischer Kompetenzen auch das Angebot vielfältiger Services in den Säulen „Informieren“, „Quali fizieren“, „Umsetzen“, „Transfer“ und „Vernetzen“. Im Fokus stehen dabei die ganzheitliche Betrachtung und systemische Analyse des Digitalisie rungsbedarfs wie auch die Befähigung der KMU mit dem Aufbau von Kom petenzen, digitale Transformation und den Einsatz von KI im Unternehmen selbst zu realisieren. Die Gliederung in fünf Säulen ermöglicht es dem Mit telstand-Digital Zentrum Rheinland mittelständische Unternehmen je nach ihrem individuellen Qualifizierungsni veau bei der Digitalisierung zu begleiten und kann so sicherstellen, dass für unterschiedliche Wissensstände und Bedarfe jeweils passende Angebote zur Auswahl stehen. Angebote im Bereich „Informieren“ stellen beispielsweise relevante Informationen zur Gestaltung des Digitalisierungsprozesses durch Digitalisierungs- & KI-Checks bereit. In der Säule „Qualifizieren“ wird hingegen die Stärkung technologischer, orga nisatorischer und arbeitsgestaltender Kompetenzen bei KMU fokussiert. Die Implementierung von Digitalisierungsund KI-Projekten wird im Bereich „Umsetzen“ in Gestaltungsworkshops realisiert. Der Transfer des zielgrup penspezifischen und praxisorientiert entwickelten Wissens für KMU im Rheinland wird durch virtuelle De monstratoren und Praxiszirkel erlebbar gemacht wird. Die fünfte Säule „Ver netzen“ verbindet KMU und Startups sowie Wertschöpfungsketten durch Formate wie beispielsweise Matching Lunches.

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Den Mittelstand digital fit machen

The Mittelstand-Digital Zentrum Rheinland, supports small and medi um-sized enterprises to prepare for the future through digitization methods and technologies.By practical examples, demonstrators, information events and mutual exchange, companies can experience digitization and, with our help, take the path from idea to digital solution. The center acts as a one-stop store for all SMEs in the target regions of the Rhineland region and addresses manufacturing companies, industry-re lated service providers and the skilled trades with the support formats it offers.

https://mittelstand -digital-rheinland.de/@wzl.rwth-aachen.dek.hartmann

Would you, as an SME, also like to ex perience digitization? We look forward to meeting you:

@wzl.rwth-aachen.dep.hemmers

Projektarbeit mit KMU6

Mittelstand-Digital Zentrum Rheinland Mittelstand-Digital Zentrum Rheinland

@ima.rwth-aachen.denina.schiffeler @ima.rwth-aachen.deesther.borowski

With the aim of making valuable resource knowledge usable in the interdisciplinary excellence cluster “The Fuel Science Center (FSC)”, the IMA is developing a platform that extracts FSC-relevant knowledge from internal and external data sources. In addition, a cross-industry PhD study on “The Alternative Fuels Market in Europe 2025 and beyond” is currently taking place. Here, the behavior of the alternative fu els market is monitored and predicted in real time using artificial intelligence and expert knowledge.

63 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 64

Die Gewinnung von relevantem Wissen aus verschiedenen Datenquellen, über unterschiedliche wissenschaftliche Einrichtungen und über einen langen Zeitraum hinweg, stellt für zahlrei che Forschungsverbünde eine große Herausforderung dar. Die FSC-Platt form wurde daher entwickelt, um relevante wissenschaftlichen Entwick lungen innerhalb und außerhalb des Clusters zu erfassen. Dabei werden aktuelle Forschungstrends und kom plexe Verflechtungen auf dem Markt für alternative Kraftstoffe identifiziert. Die FSC-Plattform hält damit rund 30 wissenschaftliche Institute auf dem aktuellen Stand der Forschungsergeb nisse, die im Cluster generiert werden. Darüber hinaus dienen diese Informa tionen dem FSC-Lenkungsausschuss als Grundlage um die Forschungsrich tung des gesamten Clusters inhaltlich zu Einblickejustieren.indas komplexe Marktverhal ten im Bereich alternative Kraftstoffe werden in einer Dissertationsstudie durch die Extraktion von marktrelevan tem Wissen verschiedener Branchen vertreter gewonnen. Diese Informati onen fließen in einen Netzwerk-DemonstratorKI-generiertenein,derdas Marktverhalten in Echtzeit u.a. anhand von börsenrelevanten Nachrichten und Metadaten analysiert. Mit diesen Forschungsaktivitäten werden einer seits forschungsrelevante Informationen für die Mitarbeiter *innen des Clusters zugänglich und nutzbar gemacht und andererseits das Verhalten des Cluster relevanten Marktes beobachtbar und vorhersagbar gemacht!

Mit dem Ziel die wertvolle Ressource Wissen im interdisziplinären Exzellenz cluster „The Fuel Science Center (FSC)“ nutzbar zu machen, entwickelt das IMA eine Plattform, die FSC-relevantes Wissen aus internen und externen Da tenquellen extrahiert. Darüber hinaus findet derzeit eine industrie-übergrei fende Dissertationsstudie zum Thema „The Alternative Fuels Market in Europe 2025 and beyond“ statt. Hierbei wird das Verhalten des Marktes für alterna tive Kraftstoffe mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und Expertenwissen in Echt zeit beobachtet und vorhergesagt.

@ima.rwth-aachen.derobert.jungnickel

The extraction of relevant knowledge from various data sources, across different scientific institutions, and over a long period is a difficult challenge. The FSC platform is designed to mon itor relevant information and scientific developments within and outside the cluster. Here, current research trends and complex interconnections in the fuel science market will be identified. Thus, the FSC platform keeps around 30 scientific institutes up to date on the research results generated in the cluster. These information are used by the FSC steering committee to adjust the research direction of the entire clus ter with respect to content. Insights into complex market behaviour are gained in a PhD study by extracting market-rel evant knowledge from various indus try representatives. This information is incorporated into an AI-generated network demonstrator that analyzes market behaviour in real time using, for instance, stock market-relevant news and metadata. With these research ac tivities, on the one hand, research-rel evant information is made accessible and usable for the employees of the cluster and, on the other hand, the behavior of the cluster-relevant market is made observable and predictable!

FSC: Das Fuel Science Center – Excellenz-Cluster

FSC: The Fuel Science Center – Excellence Cluster

@ima.rwth-aachen.deingrid.isenhardt

Nachhaltige technische Lösungen für CO2-neutrale Antriebssysteme

WebsiteFörderinstitution01/2019Projektlaufzeit-12/2024

Extraktion von Wissen in interdisziplinärer Forschung

KohlenforschungMax-Planck-InstitutEnergiekonversion,stitutJülich,ForschungszentrumProjektparWissenschaftsrat,tnerMax-Planck-InfürChemischefür

Sustainable technical solutions for CO2-neutral propulsion systems

@ima.rwth-aachen.deesther.borowski

www.fuelcenter. rwth-aachen.de/

Sustainable technical solutions for CO2-neutral propulsion systems

Gestaltung der Produktion der Zukunft

@ima.rwth-aachen.deingrid.isenhardt

Disruptive Veränderungen in der Produktion durch eine neue Ebene der domänenübergreifenden Zusammenarbeit

fünfProjektpar01/2019Projektlaufzeit-12/2025tnerFakultätenmit

mehr als 25 Lehrstühle an der RWTH Aachen Universi ty und sechs außeruni versitären

Das Exzellenzcluster arbeitet an der Er möglichung einer nahtlosen Integration der Entwicklungs-, Produktions- und Nutzungslebenszyklusphasen eines Produktes. Die Forschungsschwer punkte des IMA erstrecken sich über die gesamte Wertschöpfungskette der Produktionsdaten: von der Datenerhe bung über die Datenauswertung bis hin zur Rückführung der Erkenntnisse in die ZusammenProduktion.mit zahlreichen weiteren Forschungspartnern baut das IMA eine Plattform zur analytischen Datenverar beitung in Produktionsprozessen auf. Basierend auf Kubernetes und Edge Devices wird sukzessive eine zentrale Dateninfrastruktur und Datenpipeline zur Vernetzung aller im Exzellenzclus ter entwickelten Lösungen aufgebaut. Weitere Forschungsarbeiten am IMA umfassen die Entwicklung generischer Analyselösungen für den Einsatz auf der Plattform sowie die Ausarbeitung von Ontologien zur Wissensintegration und merkmalbasierten Beschreibung der Produktion für die automatische Datenintegration. Die konsolidierten Daten nutzt das IMA zur Erforschung fortgeschrittener Künstlicher Intelligenz Methoden zur Steuerung und Opti mierung der Produktion. Dazu gehört unter anderem der Einsatz von über wachtem maschinellen Lernen für die Qualitätsvorhersage an automatisierten Produktionslinien und Lösungen zur Online-Optimierung einzelner Produkti onsprozesse und Werkstattplanung mit Reinforcement Learning.

The Cluster of Excellence “Internet of Production” brings together several research institutions from production engineering, computer science, social science and manufacturing companies. The given initiative makes it possible to take advantage of the opportuni ties and mitigate the risks the industry faces due to the broad introduction of new technologies and the advancing digitalization in all areas of our society. The IMA is intensively involved in the project with its expertise on Big Data and Artificial Intelligence.

WebsiteFörderinstitutioneinrichtungenForschungs

IoP: Cluster of Excellence Internet of Production

@ima.rwth-aachen.devladimir.samsonov@ima.rwth-aachen.defrank.hees

@ima.rwth-aachen.dedaniel.luetticke

The Cluster of Excellence works on enabling seamless integration of the development, production, and use lifecycle phases of a product. Rese arch of IMA focuses on the entire value chain of data in production: from data collection to data evaluation and fee ding back the findings into production. Together with numerous other research partners, IMA is building a platform for data collection and analytics in produc tion. Based on Kubernetes and Edge Devices, a central data infrastructure and data pipelines for networking all solutions developed in the Cluster of Excellence is being built step by step. Further research directions at the IMA include the development of generic analytics solutions for use on the plat form as well as the development of on tologies for knowledge integration and feature-based description of production for automatic data integration. The IMA uses the consolidated data to explore advanced Artificial Intelligence methods for production control and optimization. This includes, among others, the use of supervised machine learning for quality prediction on automated producti on lines, and solutions for the online optimization of individual production processes and job shop planning with methods of reinforcement learning.

n elligen network o machines Commun cat on n rastructure Factory Users P ann ng and control Process opt m zat on Dashboards Reports KP Informa ion integrat on: harmonizat on of informat on sources and on ology generat on Pred ctive quality ntelligen a gorithms and data analyt cs solut ons Die wichtigsten Bausteine des Internet der Produktion

www.iop.rwth -aachen.de go Deutsche gemeinschaftForschungs(DFG)

65 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 66

Das Exzellenzcluster „Internet der Produktion“ bringt Forschungsein richtungen aus den Bereichen Pro duktionstechnik, Informatik sowie Sozialwissenschaften und produzie rende Unternehmen zusammen. Diese Initiative ermöglicht es, die Chancen zu nutzen und die Risiken zu mindern, denen sich die Branche durch die breite Einführung neuer Technologien und die fortschreitende Digitalisierung in allen Bereichen unserer Gesellschaft gegenübersieht. Das IMA beteiligt sich intensiv an dem Projekt mit seiner Expertise zu Big Data und Künstlicher Intelligenz.

IoP: Exzellenzcluster Internet of Production

Enabling disruptive changes in production through a new level of cross-domain collaboration

nologiefolgenBeratungsstellerungInstitutProjektpar10/2021Projektlaufzeit-09/2026tnerfürBetriebsfüh-imDHIe.V.,fürTech-undQua-

Transfer als Medium und Methode

lifizierung (BTQ Kassel) im ver.di Bildungswerk Hessen wortung“–StiftungOffensivee.V.,Mittelstand/„MittelstandGesellschaft–Verant-

Creative and innovative methods for commu-nication and dissemination of results are researched, developed and tested together with the compe tence centers. In addition, qualification concepts are being developed that will enable the participating actors to implement an appropriate transfer culture themselves. The findings will be made accessible to companies via dis cursive and participatory formats and transferred to other research fields and regions by the project and cooperation partners. This will enable sustainable and comprehensive access of work science to SMEs, especially those in the coal regions.

Innovative Transfermethoden für die Arbeitsforschung

Darüber hinaus werden nachhaltige personale und mediale Partizipa tions- und Transferstrukturen unter Einbindung aller Akteure und regionaler Netzwerke etabliert. So wird ein nach haltiger und flächendeckender Zugang der Arbeitsforschung für die KMU, insbesondere in den Kohleregionen, ermöglicht.

WIN:A: Wissens- und Innovationsnetzwerk: Arbeitsforschung

WIN:A: Knowledge and Innovation Network: Work Science

Innovative transfer methods for labour research

Förderinstitution

67 Projekte am Lab Projekte am Lab | 68

Ziel des Forschungsprojektes WIN:A ist es, ein bedarfsgerechtes und ganzheit liches Transferkonzept zu entwickeln. Dadurch werden neben den Kompe tenzzentren insbesondere Akteure in intermediären Organisationen und KMU dazu befähigt, die Potenziale der Arbeitsforschung für die Standortför derung zu erschließen. WIN:A vernetzt und unterstützt sie beim Aufbau ent sprechender innovativer und nachhalti ger MethodischeTransferstrukturen.Grundlage bildet das Transfer Engineering, welches die Interaktionsqualität zwischen Akteu ren als wesentlichen Erfolgsfaktor für den Transfer ansieht. Dabei werden gemeinsam mit den Kompetenzzent ren kreative und innovative Methoden für die Kommunikation und Ergebnis verbreitung erforscht, entwickelt und erprobt. Zudem werden Qualifizie rungskonzepte erarbeitet, die es den beteiligten Akteuren erlauben, selbst eine entsprechende Transferkultur zu realisieren.

Dabei helfen können intermediäre Organisationen, wie Verbände oder Beratungsstellen der Gewerkschaften. Als zentrale Akteure im Wissenstransfer erreichen sie eine Vielzahl an KMUs, haben jedoch oft selbst kaum Zugang zu diesen Ergebnissen.

The BMBF-funded project WIN:A de velops innovative transfer concepts and processes to make the re-sults of labor research regionally usable for small and medium-sized enterprises. In addition, sustainable personal and media participation and transfer structures are being established with the involvement of all stakeholders and regional networks. This will enable sus tainable and compre-hensive access to labor research for SMEs, especially in the coal regions.

Im BMBF-geförderten Projekt WIN:A werden innovative Transferkonzepte und -prozesse entwickelt, um die Er gebnisse der Arbeitsforschung regional für kleine und mittelständische Unter nehmen nutzbar zu machen.

The methodical basis is transfer engi neering, which considers the quality of interaction between actors as an essential success factor for transfer.

To effectively close the gap between innovative results of work science and practical implemen-tation in small and medium-sized enterprises (SME), a new culture of transfer and action is needed in which the results of research in work science are available to all actors at all times and can be taken into account in their everyday activities.

@ima.rwth-aachen.dekathrin.hohlbaum

@ima.rwth-aachen.deesther.borowski @ima.rwth-aachen.defrank.hees@ima.rwth-aachen.delea.daling

Arbeitswissenschaft durch innovative Transfermethoden regional nutzbar machen

Intermediary organizations, such as associations or trade union advice centers, can help in this process. As central actors in knowledge transfer, they reach a large number of SMEs, but often have little access to these results themselves.

Aktuell besteht, besonders in den Kohleregionen, eine große Kluft zwi schen innovativen Ergebnissen der Arbeitsforschung und der praktischen Umsetzung in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU). Um diese Lücke effektiv zu schließen, wird eine neue Transfer- und Handlungskultur benötigt, in der Ergebnisse der Arbeitsforschung jederzeit für alle Akteure verfügbar sind und in deren Alltagshandeln berück sichtigt werden.

Therefore, WIN:A aims to develop a demand-oriented and holistic transfer concept. In addition to the compe tence centers, this will enable actors in intermediary organizations and SMEs in par-ticular to tap the potential of work research for location promotion. WIN:A supports them in build-ing up corre sponding innovative and sustainable transfer structures and networks.

◦ the technological starter project „Textile peat substitute system based on local cellulose-based re sidues“ (cycle across three sectors, basis for further projects).

INGRAIN: Innovationsbündnis Agrar-Textil-Lebensmit tel INGRAIN: Innovation Alliance Agriculture-Textile-Food BwAgrarirtschaftiobasierte C rcu ar Economy “Von Reststoff zu Wertstoff zu Nährstoff” Querschn ttsthemen KompetenzentwicklungNachhaltigkeitDigitalisierung Lebensm ttel wirtschaft Textil wirtschaft

By networking the numerous regio nal and supra-regional partners, an innovation-based change is initiated and anchored in the INGRAIN region in a sustainable and profile-building way. This transforms the region into a sustainable innovative location with charisma for companies, their emplo yees and the civil society of the region and beyond.

@ima.rwth-aachen.defrank.hees

Förderinstitution

@ima.rwth-aachen.desarah.abdelrazeq

@ima.rwth-aachen.dedennis.kreutzer

Von Reststoff zu Wer tstoff zu Nährstoff

Einen ersten Anstoß hierzu liefern die drei Starterprojekte: ◦ Strategieentwicklung (agile, par tizipative Weiterentwicklung der INGRAIN-Strategie), ◦ Innovationsmanagement (operati ves Management und Umsetzung der Strategie) und ◦ das technologische Starterprojekt „Textiles Torfersatz-System auf Basis von lokalen Cellulose-ba sierten Reststoffen“ (Kreislauf über drei Branchen, Basis für weitere DurchProjekte).dieVernetzung der zahlreichen regionalen und überregionalen Partner wird ein innovationsbasierter Wandel angestoßen und in der INGRAIN-Regi on nachhaltig und profilbildend veran kert. Dies transformiert die Region zu einem nachhaltig innovativen Standort mit Strahlkraft für Unternehmen, ihre Beschäftigten und die Zivilgesellschaft in der Region und darüber hinaus.

Im Rahmen des BMBF-Programms WIR! (Wandel durch Innovation in der Region) wurde in der neunmonatigen geförderten Konzeptphase das IN GRAIN-Bündnis gegründet und dessen Strategie partizipativ entwickelt. Der strategische Ansatz von INGRAIN ba siert auf den großen Potentialen einer biobasierten Circular Economy über die drei Branchen Agrar, Textil und Lebens mittel. Das Bündnis fokussiert die Ent wicklung, Schließung und technische Optimierung von Wertschöpfungskreis läufen für vorhandene und bislang nicht genutzte Rest- und Nebenstoffe aus linearen Wertschöpfungsketten der drei InZielbranchen.derfolgenden sechsjährigen Um setzungsphase wird die entwickelte Strategie durch die Bündnispartner im plementiert und der innovationsbasierte Strukturwandel umgesetzt.

@ima.rwth-aachen.debruna.pereiradesouza

69 | Projekte am Lab Projekte am Lab | 70

The district of Heinsberg, the Rhenish mining area and their surroundings are characterised by structural weakness due to the far-reaching tranformation processes in recent decades and the imminent phase-out of lignite mining. The INGRAIN innovation alliance with actors from science, society and busi ness is initiating a sustainable structural change in the region by intelligently networking the agricultural, textile and food industries. Through a bio-based circular economy, new value creation potentials and innovative technologies will be developed and utilised across the three sectors.

◦ Innovation management (operatio nal management and implementa tion of the strategy) and

◦ Strategy development (agile, parti cipatory further development of the INGRAIN strategy),

Hochschule Niederrhein – University of Applied InstitutSciences,für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen HochschuleUniversity, Rhein-Waal, ca. 60 weitere regio nale und überregionale Partner aus WebsitesellschaftWissenschaftWirtschaft,undGe

Within the framework of the BMBF programme WIR! (Wandel durch In novation in der Region), the INGRAIN alliance was founded and its strategy developed in a participatory manner during a nine-month funded concept phase. The strategic approach of IN GRAIN is based on the great potentials of a bio-based circular economy across the three sectors of agriculture, textiles and food. The alliance focuses on the development, closure and technical optimisation of value creation cycles for existing and previously unused residu es and by-products from linear value chains in the three target sectors.

Projektpar WirtschaftsftnerörderungsgesellschaftfürdenKreisHeinsbergmbH,

Der Kreis Heinsberg, das Rheinische Revier und deren Umgebung sind aufgrund tiefgreifender Wandlungspro zesse der vergangenen Jahrzehnte und des begonnenen Ausstiegs aus der Braunkohleförderung durch Struktur schwäche geprägt. Das Innovations bündnis INGRAIN mit Akteur*innen der Wissenschaft, Gesellschaft und Wirtschaft initiiert mit einer intelligen ten Vernetzung von Agrar-, Textil- und Lebensmittelwirtschaft einen zukunfts fähigen Strukturwandel in der Region. Mittels einer biobasierten Circular Eco nomy werden über die drei Branchen hinweg neue Wertschöpfungspotentiale und innovative Technologien entwickelt und nutzbar gemacht.

Aufbau einer biobasierten Circular Economy in NRW Building a bio-based circular economy in NRW

Biobasierte Circular Economy im und um den Kreis Heinsberg

Projektlaufzeit09/2020-05/2027

https://ingrain.nrw/

In the following six-year implementation phase, the developed strategy will be implemented by the alliance partners and the innovation-based structural change is to be realised.

The first impetus for this is provided by the three starter projects:

Nachdem ich mich bereits in meiner Masterarbeit mit Nachhaltigkeitsbe wertung beschäftigt hatte, wurde mir recht schnell klar, dass es hier noch viel zu erforschen gibt. Die konkrete Idee entstand dann in einem lan gen, intensiven Gespräch mit meiner Doktormutter Sabina Jeschke, in dem wir zusammen darauf kamen, dass man erstmal wissen muss, welche Bewertungsmethoden überhaupt zur Auswahl stehen und wofür die jeweils überhaupt geeignet sind, um eine passende Methode auszuwählen und letztlich eine sinnvolle zielgerichtete Bewertung durchzuführen. Die Ex pert*innen-Interviews, die ich dann im Rahmen meiner Dissertation durch geführt habe, bestätigten mir, dass auch in der Praxis oft keine systema tische Auswahl stattfindet, sondern „aus dem Bauch heraus“ ausgewählt wird, viele Anwender*innen aber einen großen Bedarf für entsprechende sehen.scheidungsunterstützungsinstrumenteEnt

Situation-Oriented Approach Selection for Sustainability Assessments

tionen undtuation.jederonenundzurunterschiedlichevorzunehmen,NachhaltigkeitsbewertungenstehenzahlreicheBewertungsansätzeVerfügung.AufgrundderVielzahlDiversitätvonBewertungssituatiund-ansätzen,eignetsichnichtAnsatzfürjedeBewertungssiDiePassungvonAnsätzenBewertungssituationenwirdin der Praxis bislang nicht oder nur unzureichend bei der Auswahl Nachhaltigkeitsbewertungsansätzenvon berücksichtigt. Darüber hinaus exis tieren bislang keine systematischen Untersuchungen zu den Effekten der Ansatzauswahl auf die Bewertungser Zentralesgebnisse.

71 Hier kann ein Mustertitel stehen Hier kann ein Mustertitel stehen | 72Dissertationen am LabDissertationen am Lab

von Bewertungsansätzen zu Bewer tungssituationen quantifiziert und operationalisiert wird. Anhand eines Anwendungsfalls werden mithilfe des entwickelten Konzeptes unterschied liche Bewertungsansätze ausgewählt und exemplarisch angewendet.

In dieser Arbeit werden die systema tische, situationsorientierte Auswahl von Ansätzen zur Nachhaltigkeitsbe wertung sowie Effekte der Auswahl auf Bewertungsergebnisse unter sucht. Im Zentrum stehen hierbei die praxisorientierte Gestaltung eines Frameworks zur Unterstützung von Auswahlentscheidungen sowie die erforderlichen Kriterien und Skalen für die systematische, quantifizierbare Beschreibung von Bewertungsan sätzen und Bewertungssituationen innerhalb eines solchen stellungen,aufGesellschaftWissenschaft,SiegenmenvonwichtigeNachhaltigkeitsbewertungenFrameworks.sindInstrumentefürdieAbleitungZielen,StrategienundMaßnahzurGestaltungeinernachhaltiEntwicklunginallenBereichen.liefernEntscheidungsträgerninIndustrie,PolitikundnotwendigeAntwortennachhaltigkeitsbezogeneFragedieindenunterschied lichsten Kontexten auftreten. Um innerhalb solcher Bewertungssitua

Wie ist Idee entstanden? Wie hast du diese Forschungslücke entdeckt?

Sustainability assessments are important instruments for shaping sustainable development in all domains. However, not every assessment approach is fitting for every assessment situation. The fit between approaches and situations is rarely considered in the current practice of approach selection. In this thesis, a situation-oriented Multi-Criteria Decision-Making framework to support syste matic selection decisions is developed and effects of selection on assessment results are investigated.

JanDr.-Ing.Bitter-Krahe

Ich beschäftige mich weiter damit, die Welt ein bisschen nachhaltiger zu machen und bleibe am Wuppertal Institut der transformativen Nachhal tigkeitsforschung treu. Dort werde ich künftig vor allem im Kontext der Kreislaufwirtschaft – Technologien, Produkte, Prozesse, Strategien etc. in Bezug auf Nachhaltigkeit bewerten und daraus Strategien und Hand lungsempfehlungen für Akteur*innen aus Wissenschaft, Industrie sowie Politik und Verwaltung ableiten.

3 Fragen an Jan

Dissertationen am Lab

Beschreibe deine Dissertations-Zeit mit drei Spannend,Worten!

Was machst du jetzt?

Hiermit werden Effekte der Ansatz auswahl auf Bewertungsergebnisse untersucht. Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse in Bezug auf Ansatzaus wahl, Framework-Entwicklung und -Anwendung werden schließlich die Potenziale und Grenzen von Bewer tungsansätzen, die für zahlreiche und diverse Bewertungssituationen passend sind, abgeleitet.

Dr.-Ing. Jan Bitter-Krahe

Ergebnis dieser Arbeit ist ein Konzept zur situationsorien tierten Auswahl-Unterstützung berechnet,Frameworkson-MakingaufNachhaltigkeitsbewertungsansätzenvonBasiseinesMulti-CriteriaDecisiFrameworks.Mithilfedeswerden„FitnessScores“mitdenendiePassung

anstrengend, lohnenswert!

Für eine erfolgreiche Dissertations-Zeit sind sicherlich viele verschiedene Faktoren entscheidend: An erster Stelle stand für mich die persönliche Motivation, die Herausforderung eine Promotion anzugehen und die Rele vanz der Forschungsthematik. Dies hat mich auch in den schwierigsten Zeiten stets vorangetrieben. Ich habe aber insbesondere gelernt, dass auch eine Promotion nur als Team gemeis tert werden kann. Hierzu zählen die vielen regelmäßigen Gespräche mit den verschiedenen Stakeholdern, offene und ehrliche Diskussionen mit klaren Anforderungen und Erwartun gen sowie die Wertschätzung für die Unterstützung von vielen Personen in den langwierigen Prozessen. Ich hatte das Glück sowohl bei der Merce des-Benz AG, am CyberneticsLab sowie im Privatem jederzeit eine tolle Unterstützung zu erhalten. Das habe ich sehr zu schätzen gelernt. Es geht also nur im Team!

Dr.-Ing. Sanjiv Surendra

increase of physical disabilities. These tremendous trends and chal lenges call for a paradigm shift: As humans are deemed a decisive production factor, they need to be in the center when it comes to producti on planning. This means that an approach is required to proac tively develop future production-rela ted competences and design attractive workplaces, which are aligned to the physical abilities as well as to the individual and social needs of the workforce. The automotive development process is suitable to address those challenges early and proactively. It represents an efficient process with clear milestones and phases. Further, it is aligned with the language and tools of the engineers from different disciplines and depart ments. However, the current automo tive development process cannot be deemed human-centered, as human factors are poorly considered. Therefore, the aim of this thesis is to

redesign the automotive development process towards a more proactive approach, which parti cularly considers human factors. To introduce this paradigm shift, multi-perspective requirements are derived from different scientific and industrial studies considering effects of megatrends, such as demographic change and digitalization on humans in production environment. Besides, the automotive development process is redesigned to guide specific ac tions and decisions for the proactive consideration of human factors. Af terwards, the redesign concept of this work is validated in use cases to con firm the implementation in practical use. Finally, the findings from the use cases are critically evaluated and rele vant conditions discussed, in order to transfer the redesign concept to other industries. The result of the thesis is a procedure derived from science for the practical use in the automotive manufacturing of tomorrow.

3 Fragen an Sanjiv

SanjivDr.-Ing.Surendra

73 Hier kann ein Mustertitel stehen Hier kann ein Mustertitel stehen 74Dissertationen am Lab |Dissertationen am Lab

A Redesign with Particular Focus on Human Factors in the Automotive Development Process

Was hast du während deiner Disserta tions-Zeit gelernt?

Im Fokus dieser Forschungsarbeit steht die Transformation der Automobil industrie durch Megatrends, die eine höhere Produktvielfalt und eine daraus zunehmende Flexibilität erfordern. Um mit diesen Trends umzugehen, ist ein Paradigmenwechsel notwendig: Wenn der Mensch als entscheidender Produk tionsfaktor gezählt wird, sollte er auch im Mittelpunkt der Produktionsplanung stehen. Das Ergebnis der Arbeit ist eine aus der Wissenschaft abgeleitete Vorgehensweise für den praktischen Einsatz in der Automobilproduktion der Zukunft.

The automotive industry is undergo ing a structural transformation driven by global megatrends, which leaves its mark: sales are down in many markets, while revenue and profita bility are suffering from huge invest ments in electrification, digitalization, and autonomous driving. In those competitive markets, the customers’ preference for higher product vari ety because of rapid technological advances will require an ever-increa sing production flexibility. To achieve this, humans can play a decisive role. It is expected that next to product characteristics, effects of megatrends will significantly influence the humans and their industrial workplaces: For example, human work tasks will be more complex and will require new worker skills, a closer human-robot collaboration, and the production of electric vehicles. In addition, the demographic change will lead to a strongly decreasing and ageing workforce, which correlates with the

Beschreibe deine Dissertations-Zeit mit drei Just-in-time,Worten! ParadigmenwechselHumanzentriert,

Was ist dein Wunsch für die weitere Verwendung deiner Ergebnisse – was sollte jetzt damit geschehen, welche Schlussfolgerungen sollte die Industrie daraus ziehen?

Ich würde mich freuen, wenn meine Forschungsergebnisse einen Beitrag dazu leisten, dass Wissenschaft und Industrie gleichermaßen die Rolle des Menschen in der Produktion noch stärker berücksichtigen und Anforde rungen an Kompetenzen und Industriearbeitsplätzen näher untersuchen. Hierzu wird in der Forschungsarbeit ein entsprechender Ansatz hergeleitet, der durchaus von produzierenden Un ternehmen angewandt werden kann. Die durchgeführten Praxisbeispiele zeigen zudem, dass humanzentrierte Ansätze nicht zwingend in Konflikt mit dem Erreichen von betriebswirtschaft lichen Zielen stehen müssen.

Natürlichziehen?freue

für die Akzeptanz des Online-Lebens mittelhandels spielen. Im Rahmen von drei Aufsätzen wird die Basis der wis senschaftlichen Erkenntnisse aufge arbeitet und ausgedehnt indem u.a. die Faktoren Nutzungsabsicht und Akzeptanz erforscht werden. Überge ordnetes Ziel ist die Entwicklung viel versprechender Geschäftsmodelle, für deren Erarbeitung die gefundenen Erkenntnisse als Entscheidungsbasis dienen. Hierfür werden verschiedene praktische Handlungsempfehlungen und systematische Vorgehensweisen aufgezeigt. Zusätzlich liefert diese Dissertation einzigartige Einblicke in das Konsument*innenverhalten schäftsmodellen.WandeleinhergehendenVID-19währendOnline-Lebensmitteleinkäufer*innenvondesAusbruchsderCOPandemiesowiedendamitkrisengetriebenenvonOnline-Lebensmittelge

ich mich über jede*n Wissenschaftler*in der*die meine Forschung liest, zitiert und sich für die Ergebnisse begeistern und aus dem vorgeschlagenen Forschungsausblick neue Themen ableiten kann.

den Offline-Einkauf eher als Unter haltung denn als Notwendigkeit zu sehen. Ältere Personen müssen ihre Lebensmittelversorgung mit mög lichst geringem physischem Aufwand Diesesicherstellen.wirtschaftliche und gesell schaftliche Relevanz haben Online-Lebensmitteleinzelhandelden in

Vielleicht stolpert ja das ein oder andere Unternehmen über meine Erkenntnisse. Insbesondere die Befor schung der Business Model Patterns und der abgeleiteten Methodik zum Aufdecken neuer Innovationspotenzia le könnten Online Geschäftsmodellen eine große Hilfe sein.

75 Hier kann ein Mustertitel stehen Hier kann ein Mustertitel stehen | 76Dissertationen am LabDissertationen am Lab

Zu diesem Zeitpunkt, mit Beginn der SARS-CoV-2 Pandemie, haben Hamsterkäufe verschiedener Lebens mittelprodukte und Haushaltswaren die grundlegende Bedeutung unserer Lebensmittelversorgung verdeutlicht.

Beschreibe deine Dissertations-Zeit mit drei Wild.Worten!Frei.Wunderbar (nicht immer).

„Die Supermärkte bleiben geöffnet“ sagte Bundeslandwirtschaftsminis terin Julia Klöckner Mitte März 2020.

A multi-method study of consumer behavior – Towards a better understanding of the consumer’s perspective on online grocery shopping

Was ist dein Wunsch für die weitere Verwendung deiner Ergebnisse – was sollte jetzt damit geschehen, welche Schlussfolgerungen sollte die Industrie daraus

Der Lebensmittelhandel ist der weltweit größte und ein stetig weiter wachsender Handelssektor. Beson ders in Deutschland ist jedoch der Anteil über das Internet verkaufter Lebensmittel im Vergleich zu ande ren Einzelhandelssektoren (Unter haltungselektronik oder Bekleidung) noch gering. In Anbetracht der demographischen Entwicklung und einem sich änderndem Einkaufsver halten wird allerdings ein größerer Bevölkerungsanteil in Zukunft auf die barrierefreie Lebensmittelver sorgung angewiesen sein. Jüngere Personen tendieren dazu Einkäufe über das Internet zu erledigen und

Ich habe gelernt eine Forscherin zu sein und wissenschaftlich saubere Forschung zu betreiben.

Dr. rer. pol. Sarah Ranjana Güsken

In 2020, the outbreak of SARS-CoV-2 changed the world. While the crisis has had negative impacts on many companies, others whose business models enable physical distancing are among the beneficiaries of the crisis. One of these models is online grocery shopping. The objective of this dissertation is to expand and enhance existing research on the online grocery industry. It strives to gain a holistic understanding of German consumers’ behavioral intentions and subsequently to derive information that can support the development and re-design of online grocery business models. It employs an interdisciplinary mixed-methods approach combining quantitative and qualitative research data.

Was hast du während deiner Disserta tions-Zeit gelernt?

Aus der Perspektive der Softskills: Geduld, laut und leise zu sein, Per sonalverantwortung zu übernehmen, das Institut als System zu verstehen.

3 Fragen an Sarah

den vergangenen Jahren zu einem hochinteressanten Forschungs bereich mit breiter internationaler Beteiligung gemacht. Die einzelnen Arbeiten fokussieren dabei meist auf nationale Märkte. Die Verhältnisse des deutschen Markts, insbesondere des spezifischen Kundenverhaltens, wurden dabei noch nicht umfassend Inerforscht.dieserDissertation wird der Frage nachgegangen, warum der On line-Lebensmittelhandel in Deutsch land bisher noch nicht den antizipier ten Erfolg erreicht hat und welche Rolle Konsument*innenbedürfnisse und die Gestaltung von Online-Shops

Dr. rer. pol. Sarah Ranjana Güsken

Dr. phil. Nina Schiffeler

77 Hier kann ein Mustertitel stehen Hier kann ein Mustertitel stehen | 78Dissertationen am LabDissertationen am Lab

Dr. Ninaphil.Schiffeler

analyse und teilnehmende Beobach tung zur Identifikation grundlegender Anforderungen und Gestaltungskri terien für kollaborative AR beinhaltet, baut Teil B auf diesen Ergebnissen auf und untersucht den Einfluss von AR auf kollaborative Problemlösepro zesse anhand eines experimentellen

Pläne ändern sich und das ist auch gut so! (Weil man vieles nicht vorher sehen/planen/organisieren kann und sollte). Aber es ist hilfreich, Pläne und vor allem Deadlines zu haben, damit es auch produktiv vorwärts geht. Und ich habe (nach mehreren Anläufen…) gelernt, wie hilfreich und wertvoll es ist, andere Leute einzubinden, die mit frischem Blick auf das Thema, den Status, die Ergebnisse etc. schau en und durch den Austausch neue Ansätze gefunden werden können –auch (oder gerade) wenn man meint, den Wald vor lauter Bäumen nicht mehr zu sehen.

3 Fragen an Nina

Wie ist Idee entstanden? Wie hast du diese Forschungslücke entdeckt?

Zum Start meiner Tätigkeit als Wis senschaftliche Mitarbeiterin habe ich an einer Akquise zur Wirksamkeit von VR & AR in der Lehre gearbeitet und fand die Technologien direkt span nend. Es ging dabei zu dem Zeitpunkt fast ausschließlich darum, wie man als Einzelperson damit lernen und arbei ten kann. Die meisten Lehr- & Arbeits settings sind aber ja teambezogen, wodurch dann die Idee entstand zu untersuchen, was diese Technologien mit Teams machen.

Heutige Arbeitsumgebungen und die zu lösenden Probleme sind so komplex geworden, dass sie häufig kollaborative Arbeitsweisen erfordern. Aus dieser Komplexität ergibt sich auch die Notwendigkeit einer metho dischen und prozessualen Unterstüt zung. Während analoge Materialien, z. B. Whiteboards, bereits seit Jahr zehnten zur Förderung von Kollabo rations- und Problemlöseprozessen eingesetzt werden, werden sie zuneh mend durch digitale Technologien ergänzt und oft sogar ersetzt. Damit digitale Technologien kollaborative Problemlöseprozesse effektiv und effizient unterstützen können, müssen ihre Auswirkungen auf die Zusam menarbeit betrachtet werden. Ein Beispiel für eine derzeit verstärkt eingesetzte digitale Technologie ist Augmented Reality (AR). Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die reale Welt mit Hilfe von digitalen Geräten und speziellen mobilen Anwendungen um digitale Informationen und virtuelle

Beschreibe deine Dissertations-Zeit mit drei Turbulenz,Worten!Stressresistenz (?!), Persönlichkeitsbildung

Was hast du während deiner Disserta tions-Zeit gelernt?

Objekte erweitert wird. In Verbindung mit (Arbeits-)Prozessen, wie z. B. der Lösung eines komplexen Problems im Team, kann AR als unterstützendes Mittel dienen. Der Einfluss von AR auf kollaborative Problemlöseprozesse ist jedoch bisher kaum aus mensch licher, sondern vielmehr aus tech nologischer Perspektive untersucht worden, d.h. wie eine AR-Anwendung zur Förderung kollaborativer Problem löseprozesse gestaltet ist und wie ihre Integration in kollaborative Teamarbeit konzeptualisiert werden kann. Diese Arbeit hat daher untersucht, welche Effekte sich beim Einsatz von AR zur Förderung kollaborativer Problemlöseprozesse zeigen. Dazu stützt sie sich auf zwei methodische Teile: Teil A befasst sich mit der Be schreibung allgemeiner Aspekte von Zusammenarbeit in Teams, während Teil B sich mit der Untersuchung von AR in kollaborativen Problemlösepro zessen beschäftigt. Während Teil A eine literaturbasierte Anforderungs

This thesis investigates the impact of Augmented Reality (AR) on collaborati ve problem-solving processes. The aim is to describe the effects AR has on the collaborators and the concept for effectively designing and integrating AR into collaborative settings when teams need to solve a complex problem. As a result, statements and guidelines describe the implications of AR on the teams’ behaviour during a collaborative problem-solving process as well as the pro gress and conduct of the process.

AlsSettings.Ergebnis werden Aussagen und Leitlinien abgeleitet, die die Auswir kungen von AR auf das Verhalten der Teams während eines Problemlöseprozessen.tionsentwicklungsprozessesKonzeptionborativenSituationen,derHandlungsempfehlungenProzessesVerlaufProblemlöseprozesseskollaborativensowieaufdenunddieDurchführungdesbeschreiben.SiegebenhinsichtlichfürkollaborativeARnützlichenderGestaltungvonkollaAR-AnwendungenundderdesTeam-undOrganisawährend

Augmenting Collaboration –Impact of Augmented Reality on Collaborative Problem-Solving Processes

Beschreibe deine Dissertations-Zeit mit drei zeit-intensiv,Worten! persönlichkeits-entwi ckelnd, erfüllend

Bedürfnisse und Trends verändern sich in der heutigen Zeit schneller als je zuvor. Das hat große Auswirkungen auf die Fertigungswelt und Betreiber sollten daher die Produktion flexibel und reaktiv danach ausrichten. Eine wichtige Komponente spielt dabei die Steuerung des Produktionsablaufs, welche mit neuen Produktvarianten, neuen Maschinenfähigkeiten aber auch unvorhergesehenen Situationen umgehen können sollte. Aus dieser Motivation heraus, liegt der Fokus dieser Arbeit auf der Entwicklung einer reaktiven Job Shop Scheduling Lösung für flexible und re-konfigurier bare Fertigungssysteme. Es wird der Einsatz von Reinforcement Learning untersucht, um mehrere Produkte mit Agenten inklusive Transport- und Maschinenzuweisung zu steuern.

Generic Multi-Agent Reinforcement Learning Approach for Flexible Job-Shop Scheduling

Wie ist Idee entstanden? Wie hast du diese Forschungslücke entdeckt?

Das zentrale Ergebnis der Arbeit ist das Konzept eines Multi-Agenten Systems, welches für verschiede ne Anlagen und Optimierungsziele trainiert werden kann und zu ferti gende Produkte zur Laufzeit durch die Anlage steuert. Der Einsatz eines zentralen Multi-Agenten Deep Q-Net work Systems, welches zur Laufzeit als unabhängige Sub-Policies von den Agenten genutzt wird, führte zu stabilem Training mit sehr guten Ergebnissen. Das Netzwerk wird durch ein kollektives Replay Memory trainiert, wobei randomisiert Triple von Job-Spezifikationen aus einem definierten Trainingssatz ausgewählt werden. Das Sparse Reward Design setzte sich gegen das Dense Reward Design durch, wobei es mit geringe

Was ist dein Wunsch für die weitere Verwendung deiner Ergebnisse – was sollte jetzt damit geschehen, welche Schlussfolgerungen sollte die Industrie daraus ziehen?

Dr. -Ing. Schirin Baer

verallgemeinert, dass sie mit unbe kannten Aufträgen oder Situationen umgehen kann. Ziel ist es kooperie rende Agenten zu trainieren, welche das gemeinsame Ziel einer geringen Fertigungsdauer erreichen.

Durch die Integration in eine Bei spielanlage wird demonstriert, dass das Integrationskonzept den Einsatz der reaktiven Job Shop Schedu ling Lösung in bestehende Systeme ermöglicht. In Kombination mit einem Manufacturing Execution System (MES) erhält es die benötigten In formationen aus der Anlage für die Entscheidungsfindung und meldet die Produktionsplanung über das MES zurück an die Steuerungselemente zur Ausführung von Transport und Ressourcen Besetzung.

Meine Promotion habe ich zusammen mit Siemens durchgeführt. Siemens bietet Kund*innen Produkte in allen Bereichen der Fabrikautomation an. Durch den Einsatz von flexiblen Sys temen stoßen klassische Scheduling Ansätze an ihre Grenzen. Dies haben wir erkannt und als Forschungslücke identifiziert. In Gesprächen mit Prof. Tobias Meisen habe ich die For schungslücke weiter analysiert und definiert.

Dass Reinforcement Learning zum Engineering komplexer industrieller Probleme herangezogen werden kann und selbst-lernende Agenten Potential haben Lösungen zu finden, die durch klassische Programmierung nicht voll ständig abgedeckt werden können.

rem Engineering und Anpassungsauf wand für neue Anlagen punktet.

79 Hier kann ein Mustertitel stehen Hier kann ein Mustertitel stehen | 80Dissertationen am LabDissertationen am Lab

Das Konzept erweist sich als vorteil haft, da es Änderungen während der Produktion in der ad-hoc Planung berücksichtigt. Es erfüllt die Anforde rungen an flexible Fertigungsanlagen, welche zusammen mit den Anlagen betreibern und Experten erarbeitet wurden.

3 Fragen an Schirin

SchirinDr.-Ing. Baer

Um dieses Ziel zu erreichen, werden Trainingsstrategien entwickelt, welche die Lösung unabhängig von der Anzahl an Operationen pro Auftrag macht und die Lösung gleichzeitig so

In production control, scheduling is a relevant component that must go along with the requirements of being flexible in terms of new product variants, new machine skills and reaction to unforeseen events during run-time. This work focuses on developing a reactive job-shop scheduling system for flexible and re-configurable manufacturing systems. Reinforcement Learning approaches are therefore investigated for the concept of multiple agents that control pro ducts including transportation and resource allocation.

Bildnachweise S. 6 WZL/Krentz; S.25 ITA Academy GmbH 2018; S. 27 DB Cargo AG; S. 35 ika der RWTH Aachen University; S. 45 Herrenknecht AG; S. 55 Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT; S. 47 Konstruktionsbüro Hein GmbH 81 Hier kann ein Mustertitel stehen Hier kann ein Mustertitel stehen | 82

Lab Letter 2021/2022

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