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Die vorliegende Publikation beinhaltet die Projektergebnisse des Forschungsprojekts „FlAixEnergy – Innovative Energieflexibilitätsplattform zur Synchronisation und Vermarktung des regionalen Stromverbrauchs industrieller Anwender mit dezentraler Energieerzeugung in der Modellregion Aachen“ (Förderkennzeichen 0325819A-I). Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und vom Projektträger Jülich (PTJ) betreut. Die Autoren sind für den Inhalt der Veröffentlichung verantwortlich.
Durch die Energiewende getrieben, muss sich die Energielandschaft in Deutschland verändern, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Im Rahmen der dafür von dem Gesetzgeber unterstützten Forschungsanstrengungen wird im Projekt‚EWIMA‘ der Nutzen virtueller Kraftwerke evaluiert. In der letzten Projektphase liegt der Fokus auf der prototypischen Umsetzung des Projekts in fünf definierten Hubs in Nordrhein-Westfalen sowie der Validierung der Projektergebnisse in Feldversuchen. Das Vorhaben wird im Rahmen des Leitmarktwettbewerbs VirtuelleKraftwerke.NRW durch den Europäischen Fonds für regionale Entwickung (EFRE.NRW) und die Landesregierung Nordrhein-Westfalen unter der Fördernummer EFRE-0800681 gefördert.
Durch die steigende Vernetzung in produzierenden Unternehmen nimmt die potenzielle Gefahr durch Cyberangriffe zu. Die meisten kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) sind sich heute bewusst, dass hierbei nicht mehr ausschließlich Großkonzerne ein beliebtes Angriffsziel darstellen. Durch automatisierte Malware-Kampagnen und die wachsende Anzahl von Cyberangriffen rücken alle Akteure der Wertschöpfungskette produzierender Unternehmen zunehmend in das Visier von Angreifern – dabei können KMU direkt oder indirekt, zur Schädigung ihrer Partner, angegriffen werden. Die steigende Bedrohungslandschaft ist allerdings nicht die einzige Herausforderung, mit der sich KMU konfrontiert sehen. Besonders schwerwiegend und besorgniserregend ist ihr Umgang mit Cybersicherheit: Viele KMU setzen sich trotz zunehmender Digitalisierung bislang nur unzureichend mit ihrer Cybersicherheit auseinander. Durch die Verschmelzung unterschiedlicher Domänen steigt nicht nur die Komplexität der Technologien, sondern auch die der Prozesse sowie der Organisation in Unternehmen. Die Sicherheit von Systemen definiert sich nicht mehr nur über einzelne Komponenten, sondern durch die Sicherheit des unternehmensübergreifenden Gesamtsystems. Klassische Lösungsansätze zur Absicherung einzelner Komponenten decken die gestiegenen Schutzanforderungen nicht mehr ausreichend ab. Um KMU einen selbständigen und pragmatischen Einstieg in die Thematik zu ermöglichen, muss diese Komplexität beherrschbar gemacht werden. Aus Sicht der Cybersicherheit darf die Komplexität jedoch nicht dadurch reduziert werden, relevante Aspekte zu ignorieren. Es bedarf neuer und angepasster Sichtweisen, die KMU den Einstieg erleichtern.
Local implementation projects for sector coupling play an important role in the transformation to a more sustainable energy system. Despite various technical possibilities, there are various barriers to the realisation of local projects. Against this backdrop, we introduce an inter- and transdisciplinary approach to identifying and evaluating different power-to-X paths as well as setting up robust local implementation projects, which account for existing drivers and potential hurdles early on. After developing the approach conceptually, we exemplify our elaborations by applying them to a use case in the German city of Wuppertal. It can be shown that a mix of several interlinked interdisciplinary methods as well as several participatory elements is suitable for triggering a collective, local innovation process. However, the timing and extent of end-user integration remain a balancing act. The paper does not focus on a detailed description of power-to-X (PtX) as a central pillar of the sustainable transformation of the energy system. Rather, it focuses on the innovative methodological approach used to select a suitable use path and design a corresponding business model. The research approach was successfully implemented in the specific case study. However, it also becomes clear that the local-specific consideration entails limitations with regard to the transferability of the research design to other spatial contexts.
Die digitale Transformation stellt Unternehmen fortlaufend vor neue Herausforderungen, die richtig eingeschätzt und bewältigt werden müssen. Häufig fehlt ein strukturierter Gesamtansatz, mit dem Sie die digitale Transformation Ihres Unternehmens konzeptionieren und nachhaltig umsetzen können. Wir am FIR an der RWTH Aachen haben in den letzten Jahren zahlreiche Projekte zur Gestaltung der digitalen Transformation in Unternehmen durchgeführt und basierend auf diesen Erfahrungen ein Framework entworfen, um Ihnen genau dieses Wissen weiterzugeben und Ihnen zu helfen, bestehende Herausforderungen anzugehen. Unser Modell ‚Aachener Digital-Architecture-Management‘ (ADAM) dient der Gestaltung von Digitalarchitekturen.
In the age of digitalization, manufacturing companies are under increased pressure to change due to product complexity, growing customer requirements and digital business models. The increasing digitization of processes and products is opening up numerous opportunities for mechanical engineering companies to exploit the resulting potential for value creation. Subscription business is a new form of business model in the mechanical engineering industry, which aims to continuously increase customer benefit to align the interests of both companies and customers. Characterized by a permanent data exchange, databased learning about customer behavior, and the transfer into continuous innovations to increase customer value, subscription business helps to make Industry 4.0 profitable. The fact that machines and plants are connected to the internet and exchange large amounts of data results in critical information security risks. In addition, the loss of knowledge and control, data misuse and espionage, as well as the manipulation of transaction or production data in the context of subscription transactions are particularly high risks. Complementary to direct and obvious consequences such as loss of production, the attacks are increasingly shifting to non-transparent and creeping impairments of production or product quality, which are only apparent at a late stage, or the influencing of payment flows. A transparent presentation of possible risks and their scope, as well as their interrelationships, does not exist. This paper shows a research approach in which the structure of subscription models and their different manifestations based on their risks and vulnerabilities are characterized. This allows suitable cyber security measures to be taken at an early stage. From this basis, companies can secure existing or planned subscription business models and thus strengthen the trust of business partners and customers.
Durch die Energiewende getrieben, muss sich die Energielandschaft in Deutschland verändern, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Im Rahmen der dafür durch den Gesetzgeber unterstützten Forschungsanstrengungen wird in dem Projekt ‚EWIMA‘ (Laufzeit 01.03.2017 – 29.02.2020) der Nutzen virtueller Kraftwerke evaluiert. In der letzten Projektphase liegt der Fokus auf der prototypischen Umsetzung des Projekts in fünf definierten Hubs in Nordrhein-Westfalen sowie der Validierung der Projektergebnisse in Feldversuchen. Das Vorhaben wird im Rahmen des Leitmarktwettbewerbs VirtuelleKraftwerke.NRW durch den Europäischen Fonds für regionale Entwickung (EFRE.NRW) und die Landesregierung Nordrhein-Westfalen gefördert.
Mehrwerte aus Daten
(2019)
Moderne datenbasierte Lösungen können wichtige Bausteine sein, um Prozesse, Produkte und sogar das eigene Geschäftsmodell weiterzuentwickeln oder neu auszurichten. Die Möglichkeiten, die durch die Digitalisierung entstehen, stehen nicht nur großen internationalen Konzernen offen, sondern können auch gerade von kleinen und mittleren Unternehmen gewinnbringend genutzt werden. Diese wichtige Erkenntnis scheint beim Mittelstand in Nordrhein-Westfalen angekommen zu sein. Die Bedeutung und die Potenziale von Mehrwerten aus Daten scheinen mehrheitlich erkannt. Unsere Umfrage hat gezeigt, dass bereits rund die Hälfte der befragten Mittelständler über einen systematischen Umgang mit Daten verfügt. Allerdings ist dieser Umgang meist noch durchschnittlich und ein stärkerer Ausbau zu höheren Reifegraden ist möglich und mit Blick auf die zukunftssichere Weiterentwicklung des Wirtschaftsstandorts Nordrhein-Westfalen auch nötig. Die vorgestellten Leuchttürme machen aber zwei Sachen deutlich: Erstens erzeugen KMU bereits heute in Nordrhein-Westfalen Mehrwerte aus Daten. Zweitens weisen diese Leuchttürme ein enormes Transferpotenzial auf und können vielen KMU in Nordrhein- Westfalen und darüber hinaus Hinweise geben, auf welchen Wegen eine Optimierung der eigenen Wertschöpfung durch Daten möglich ist.
Digital in NRW
(2019)
Das Interesse am Themenfeld Industrie 4.0 ist besonders für KMU ungebrochen, weiterhin aber auch unübersichtlich und wenig greifbar. Best practices von Methoden und Technologien sind in der industriellen Praxis nicht oder nur unzureichend vorhanden. In diesem Zusammenhang fehlen passende Angebote, die auf die spezifischen Bedürfnisse von KMU zugeschnitten sind. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (MBWi) hat diese Problemstellung erkannt und gezielte Maßnahmen im Sinne des Aufbaus von Mittelstand 4.0-Kompetenzzentren zur Unterstützung des deutschen Mittelstands ergriffen. Einen großen Beitrag im Kontext dieser Unterstützung leistet das mit dem FIR e.V. an der RWTH Aachen seit 2016 gegründete Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Dortmund "Digital-in-NRW".
Während die Einsatzpotenziale digitaler Technologien häufig bekannt sind, stellt die Umsetzung dieser insbesondere für KMU eine große Herausforderung dar. "Digital in NRW - Das Kompetenzzentrum für den Mittelstand" unterstützt und befähigt diese Unternehmen mit breitgefächerten Services, um Industrie 4.0 einen Schritt näher zu kommen. Ein solcher ist die Ermittlung des Digitalisierungsgrads von KMU in NRW, welcher im folgenden Beitrag genauer beleuchtet wird.
Subscription business transforms traditional business models of machinery and plant engineering. Many manufacturing companies struggle to pull out the potential created by Industry 4.0 and make it economically usable. In addition to technological innovations, it is necessary to transform the business model. This leads to a shift from ownership-based and product-centric business models to outcome-based business models, which focus on the customer's value and thus realize a unique value proposition and competitive advantage – the outcome economy. Based on a case study analysis among manufacturing companies, this paper provides further clarification including a definition and constituent characteristics of subscription business models in machinery and plant engineering.
Industrie-4.0-Applikationen entwickeln sich gerade von Individuallösungen zur frei zugänglichen Handelsware. Durch diesen Trend, in dem Industrie-4.0-Lösungen zur Commodity werden, werden Unternehmen dazu befähigt, fundamentale Transformationen entlang aller Geschäftsprozesse zu vollziehen. Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) haben die besten Voraussetzungen dafür, die Einführung von Industrie 4.0 voranzutreiben. Denn KMU verfügen über die notwendige Flexibilität und flache Hierarchien - eine wesentliche Grundlage für die digitale Transformation. Bevor jedoch Industrie-4.0-Projekte initiiert werden, ist aufgrund der personell und finanziell limitierten Kapazitäten von KMU eine intensive Auseinandersetzung über die Bedeutung von Industrie 4.0 für das eigene Unternehmen und seine Produkte unabdingbar.
Eine Herausforderung für produzierende Unternehmen in der Entwicklung intelligenter Produkte besteht darin, dass die Zielstellung, die mit einem intelligenten Produkt verfolgt wird, nicht expliziert ist. Zudem ist oftmals nicht spezifiziert, in welchem Anwendungsfall ein intelligentes Produkt agieren soll. Produzierende Unternehmen benötigen Unterstützung, um eine zielorientierte und folglich wirtschaftliche Melioration existierender Produkte zu gewährleisten. Ebendiese Melioration wird im Kontext von intelligenten Produkten als Smartifizierung bezeichnet und stellt damit einen Entwicklungsprozess dar, der ein bestehendes Produkt als Ausgangssituation im Sinne einer Anpassungskonstruktion expliziert. Die originäre Produktfunktion wird folglich nicht verändert, sondern das Produkt um digitale Funktionen und Dienstleistungen erweitert. Der Artikel befasst sich daher erstens mit der Beschreibung generischer Ziele für den Einsatz intelligenter Produkte im Maschinenbau. Eine Zusammenstellung und Erläuterung solcher Ziele unterstützt Unternehmen, eine Präzisierung der Zielfestlegung in der Initiierungsphase eines Smartifizierungsprojekts durchzuführen. Zweitens wird unter Anwendung der Ziel-Mittel-Beziehung ein Anwendungsfall intelligenter Produkte beschrieben. Abschließend werden beide Aspekte in einer Methode zusammengefasst, wie mittels Ziel- und Anwendungsfallbetrachtung Anforderungen abgeleitet und wie diese Elemente in Vorgehensmodelle der Produktentwicklung eingebettet werden können. Exemplarisch wird anhand einer Stanzmaschine aufgezeigt wie die Methode und die sich daraus ableitenden Ergebnisse im Smartifizierungsprozess zur Entwicklung einer intelligenten Stanzmaschine eingesetzt werden.
Die Umsetzung von Industrie 4.0, also der umfassenden Digitalisierung und Vernetzung der Produktion, stellt Unternehmen noch immer vor Herausforderungen. In dieser Marktstudie wurde eine bei produzierenden Unternehmen identifizierte Hürde, die IT-Komplexität und deren Management, stärker beleuchtet. Unternehmen, die sich besser aufgestellt sehen, legen in der Regel einen stärkeren Fokus auf verschiedene Aktivitäten.
Da die heutigen Logistiknetzwerke den Anforderungen nicht mehr gerecht werden, rückt das Supply-Chain-Risk-Management von Wertschöfungsketten zunehmend in den Mittelpunkt unternehmerischer Überlegungen. Störungen in Logistiknetzwerken treten wegen unzureichender Datenmengen, -qualität und -integration der realen Welt nicht in den Informationssystemen auf. Eine echtzeitfähige Reaktion auf diese Störungen und proaktive Korrekturmaßnahmen innerhalb der Logistikprozesse sind folglich unmöglich. Daher kann ein erhöhter Bedarf an ganzheitlicher Transparenz innnerhalb der Logistiknetzwerke abgeleitet werden. Mit diesem Thema beschäftigt sich das Forschungsprojekt Smart-Logistic-Grids.
Im Strommarkt 2.0 wird ein Paradigmenwechsel von einer verbrauchsorientierten Erzeugung zu einem erzeugungsorientierten Verbrauch durchlaufen. Dies erfordert in Zukunft ein gesteigertes Angebot von Flexibilität. Die Idee und die für das Energiesystem dienlichen Potentiale eines Flexibilitätsmarktes für die Industrie sind bekannt, dennoch werden diese Möglichkeiten zurzeit nur eingeschränkt genutzt. Es stellt sich somit die Frage, durch welche Anreize und Dienstleistungen es gelingen kann, Unternehmen zur Bereitstellung von Flexibilität zu motivieren. Hierfür werden im vorliegenden Paper die bestehenden Energiedienstleistungen und neue Flexibilitätsdienstleistungen strukturiert beschrieben und Potenziale herausgestellt.
Derzeit prägen viele unterschiedliche Begriffe die Zukunftsdiskussionen in den Tages- und Fachzeitungen. Bislang gelingt es wenigen Unternehmen, diese Visionen auf ihre Problemstellungen und Herausforderungen zu übertragen und für sich zu nutzen. Dem können wir abhelfen - mit unserem Rapid-CPS-Workshop, speziell für interessierte Fachkräfte und Unternehmen entwickelt.
Im Rahmen des Forschungsprojekts "FlAixEnergy" sollen kleine und mittlere Unternehmen (KMU) sowohl als dezentrale Erzeuger von regenerativer Energie als auch als Energieverbraucher (Smart Industrial Customer) zu Flexibilitätsclustern zusammengefasst werden. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Plattform zwischen Energieversorgungsunternehmen (EVU) und Unternehmen, mittels derer die bewertete Energieflexibilität der energieverbrauchenden Unternehmen aggregiert und so die Partizipation am Energiemarkt ermöglicht wird. Ein in diesem Kontext relevantes Thema ist die Charakterisierung der eingebundenen industriellen Verbraucher bezüglich ihres Energiebedarfsverhaltens und ihrer Flexibilität. Hierzu soll ein sogenannter "energetischer Fingerabdruck" entwickelt werden, der dazu dient, Flexibilitätspotenziale und Lastprognosen von industriellen Stromverbräuchen systematisch an Energieversorgungsunternehmen zu kommunizieren. Das Projekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.
Energieflexibilität stellt eine mögliche Lösung dar, um die Herausforderungen der steigenden Volatilität in den Versorgungsnetzen in Deutschland zu beherrschen. Die Bundesregierung gibt den Weg vor: Die Energieversorgung Deutschlands wird in Zukunft verstärkt bis ganzheitlich durch erneuerbaren Energien gedeckt werden. Heute gibt es jedoch wenige innovative Energiedienstleistungen, die dieses Ziel verfolgen und die beschriebene Herausforderung in Zukunft beherrschbar machen.
Im Projekt "FlAixEnergy" wird eine Roadmap innovativer Energiedienstleistungen entwickelt. Diese zeigt auf, welche Smarten Services derzeit im Markt fehlen und in Zukunft erforderlich werden. Das Projekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.
The development of renewable energies and smart mobility has profoundly impacted the future of the distribution grid. An increasing bidirectional energy flow stresses the assets of the distribution grid, especially medium voltage switchgear. This calls for improved maintenance strategies to prevent critical failures. Predictive maintenance, a maintenance strategy relying on current condition data of assets, serves as a guideline. Novel sensors covering thermal, mechanical, and partial discharge aspects of switchgear, enable continuous condition monitoring of some of the most critical assets of the distribution grid. Combined with machine learning algorithms, the demands put on the distribution grid by the energy and mobility revolutions can be handled. In this paper, we review the current state-of-the-art of all aspects of condition monitoring for medium voltage switchgear. Furthermore, we present an approach to develop a predictive maintenance system based on novel sensors and machine learning. We show how the existing medium voltage grid infrastructure can adapt these new needs on an economic scale.