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Institute
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.
In diesem Doktorvortrag wird die Vision von Metropolitan Cities vorgestellt und warum dazu zentrale Datenplattformen benötigt werden. Es werden technische Bausteine wie Data-Lake, Data-Warehouse, Open Data und Smart City vorgestellt sowie die Herausforderung bei der Gestaltung einer zentralen Datenplattform erarbeitet. Als Lösung wird eine Verbindung von Data-Lake und Data-Warehouse mit dem Konzept des Industrial Data Space vorgeschlagen.
Die Metropolregion Rhein-Ruhr zeigt beispielhaft, wie sich Regionen in Deutschland wandeln: Wo einst Kohlebergwerke und die Montanindustrie die Landschaft prägten, entstehen heute langsam neue Industrien; aus alten Tagebauen wird langsam eine Seenlandschaft. Allerdings wächst die Wirtschaft im Ruhrgebiet noch immer langsamer als im Rest Deutschlands. Es benötigt neue Impulse, um Regionen wie diese wirtschaftlich zu unterstützen und zusammenzuführen.
Ein solcher Impuls ist eine zentrale Datenplattform, in der nicht nur einzelne Städte, sondern die gesamte Metropolregion vernetzt werden. Genau wie die Grenzen zwischen Städten wie Essen, Bochum und Dortmund bei der Durchfahrt verschwinden, sollen damit auch bestehende digitale Grenzen der Vergangenheit angehören. Als digitale Infrastruktur ermöglichen solche Plattformen neue digitale Geschäftsmodelle für Unternehmen der Region auf Basis von datenbasierten Anwendungsfällen und bilden so die Basis für eine vernetzte Region.
Eine Untersuchung des Status Quo in Bezug auf digitale Plattformen und die Datenbereitstellung aus den Kommunen in der Metropolregion Rhein-Ruhr ergibt, dass noch umfangreicher Handlungsbedarf besteht: So besteht weder eine einheitliche Strategie zur Bereitstellung von Daten, noch werden von einzelnen Kommunen relevante Live-Daten auf bestehenden Plattformen veröffentlicht. Auch innerhalb der Kommunen ist die bestehende Sensorbasis und deren Konnektivität nicht ausreichend für die Befüllung einer zentralen Datenplattform - allenfalls bestehen im Kontext von Smart-City-Initiativen Leuchtturmprojekte.
Der vorliegende Artikel stellt daher eine IoT-gestützte Architektur für eine zentrale, metropolregionsübergreifende Datenplattform auf Basis des International Data Space, Data Lakes und IoT-Vernetzungstechnologien vor. Er zeigt außerdem auf, wie durch die technische und organisatorische Einbindung von Unternehmen der Wirtschaft ein skalierbares Ökosystem geschaffen werden kann. Anhand von konkreten Beispielen wird erklärt, wie die Umsetzung der Architektur begonnen hat und wie die weitere Implementierung geplant ist.
Der Sondermaschinenbauer HAHN GROUP befindet sich auf internationalem Expansionskurs. Mit Unterstützung des FIR an der RWTH Aachen hat die HAHN GROUP nun ihren IT- und Digitalisierungsbereich, der aufgrund der Expansion eine Reorganisation benötigte, neu aufgestellt und damit eine internationale Standardisierung der internen Prozesse erreicht.
Ziel der Zusammenarbeit war die Schaffung flexibler und gleichzeitig standardisierter, standortunabhängiger IT-Strukturen.
Informationssystem-Architekturen produzierender Unternehmen bei software-definierten Plattformen
(2018)
Die Generierung von Information wird für Unternehmen immer wichtiger. Das zeigt sich beispielsweise an ökonomischen Faktoren: Unternehmen, die mit
Daten handeln, sind seit einigen Jahren wertvoller als klassische Industrieunternehmen. Aber auch unternehmensintern haben Informationen einen steigenden Wert. Bei einem sinnvollen Informationseinsatz können Abläufe im Unternehmen optimiert werden, was den Produktionsoutput erhöhen kann. Produzierende Unternehmen indes haben mit der Datennutzung noch immer Schwierigkeiten. Das liegt unter anderem in der hohen, schwer beherrschbaren Komplexität der Informationssystem-Architektur begründet, die zu Datenredundanz und schlechter Informationsqualität führt.
Um dieser Herausforderung entgegenzuwirken, wurde in Aachen das Internet of Production entwickelt. Dieses enthält einen Vorschlag für eine Infrastruktur, mit welcher Unternehmen den benötigten ubiquitären und echtzeitfähigen Datenzugriff realisieren können. Durch die Verknüpfung der vorhandenen
Informationssysteme über eine Middleware+ und die Datenverarbeitung in der Smart-Data-Ebene können Unternehmen darüber hinaus innovative Algorithmen zur Generierung von Informationen nutzen. Zur Umsetzung des Internet of Production wird eine software-definierte Plattform benötigt, welche die Funk-tionalitäten der beiden vorgenannten Ebenen abdeckt.
Um eine solche software-definierte Plattform sinnvoll in die bestehende Informationssystem-Architektur zu integrieren, müssen Unternehmen diese anpassen. Ziel der Arbeit ist es, Unternehmen den Weg dahin aufzuzeigen. Dies wird im Wesentlichen durch drei Teilzielsetzungen erreicht: Durch die Systematisierung von software-definierten Plattformen erhalten Unternehmen einen Überblick von vorhandenen Funktionalitäten und vorhandener Software. Zudem können Integrationsanforderungen solcher Plattformen abgeleitet werden. Das zweite Ziel betrifft die Systematisierung der in Unternehmen bestehenden Informationssystem-Architektur und die Entwicklung von Visualisierungsformen, welche die Handlungsfelder für Integration aufzeigen. Durch das Aufzeigen einer Ziel-Architektur werden als drittes die notwendigen Entscheidungen für Unternehmen dargelegt.
Entscheider in Unternehmen erhalten ein konkretes Vorgehen und eine Handlungsempfehlung zur Weiterentwicklung ihrer Informationssystem-Architektur aus den Blickwinkeln Technik, Organisation, Prozesse und Daten. Damit können sie den ersten Schritt zur Umsetzung des Internet of Production gehen.
Das Projekt "Rezept ECM" verfolgte das Ziel, Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus zu einem ganzheitlichen ECM-Konzept zu verhelfen, um den aktuellen Anforderungen an die Digitalisierung gerecht zu werden. Als Orientierungshilfe bei der Etablierung eines unternehmensweiten ECM-Konzepts wurde ein anwendungsnahes Modell entwickelt, welches die bestehende IT-Landschaft und die betrieblichen Abläufe berücksichtigt.
Lernen aus Daten
(2019)
Die Verfügbarkeit von Daten in Unternehmen ist in den vergangenen Jahren stark angestiegen und wird aufgrund der vernetzten Digitalisierung immer weiterwachsen. Unternehmensintern werden Daten in verschiedensten Abteilungen für die verschiedensten Prozesse in unterschiedlichsten Formaten und Qualitäten erzeugt: Klickdaten im Marketing, Testdaten in der Entwicklung, Maschinendaten in der Produktion oder Kundennutzungsdaten der eigenen Produkte und Services. Die Verwertung der Daten beschränkt sich heute oft auf abteilungsinterne Fälle. Das liegt daran, dass andere Abteilungen weder Transparenz über verfügbare Daten haben noch diese erhalten. Eine zusätzliche Herausforderung besteht darin, dass einige Anwendungssysteme eine übergreifende Datennutzung nicht zulassen, weil sie Daten in proprietären Formaten anbieten. Unternehmen fehlen damit die Voraussetzungen für optimierte Prozesse, moderne Kundenkommunikation und durchgängig datenbasierte Services. Es muss daher eine unternehmenseinheitliche Strukturierung der Datenverwaltung geschaffen werden.
Mit dem Internet of Production kann gemäß den spezifischen Bedürfnissen und komplexen Anforderungen von produzierenden Unternehmen eine systemübergreifende Informationsverfügbarkeit erreicht und somit systemweit Prozesse beschleunigt werden. Zur Implementierung der Idee des Internet of Production bedarf es einer Software-Plattform, welche den hohen Anforderungen an die Verlässlichkeit von bereitgestellten Daten, umfassender Datenintegration und analytischen Features gerecht wird. Unternehmen werden dabei vor die Herausforderung gestellt, aus der stetig wachsenden Anzahl an IoT-Plattformen eine auszuwählen, die den individuellen Anforderungen des Unternehmens gerecht wird. Die vorliegende Plattformstudie bietet deshalb eine Übersicht über die wichtigsten IoT-Plattformen, welche für eine Implementierung der Ansätze des Internet of Production infrage kommen. Sie soll eine Entscheidungsgrundlage für produzierende Unternehmen bilden, anhand derer eine individuelle und qualifizierte Auswahl einer Softwareplattform getroffen werden kann. Für die Studie wurde daher eine Befragung bei IoT-Plattformanbietern durchgeführt. Die Auswertung der Befragung zeigt unterschiedliche Schwerpunkte der Funktionen von IoT-Plattformen.
Informationssystem-Architekturen produzierender Unternehmen für die Digitalisierung gestalten
(2018)
Die durchgängige, systemunterstützte, digitale Gestaltung von
Prozessen besteht im Industrie-4.0-Zeitalter noch immer als großes Handlungsfeld, sowohl innerhalb von Unternehmen als auch nach außen. Insbesondere produzierende Unternehmen verfügen im Vergleich zu Unternehmen anderer Branchen, beispielsweise aus der Finanzbranche oder der Logistik, über eine geringe Systemunterstützung und stehen daher im Zentrum dieser Betrachtung. Gleichzeitig sind die
Erkenntnisse jedoch auf Unternehmen aus weiteren Branchen übertragbar.
Um durchgängige Prozesse zu gestalten und verfügbare Informationen bei der Entscheidungsfindung aufwandsarm nutzen zu können, benötigen Unternehmen eine integrierte Informationssystem-Architektur. Dem steht die oft hohe IT-Komplexität entgegen, die durch eine Vielfalt an Informationssystemen und Vielzahl an neuen Anforderungen entsteht. Um sich der Frage nach der Gestaltung einer integrierten Informationssystem-Architektur anzunähern, muss zunächst der Ist-Zustand der verwendeten Informationssysteme verstanden und die entsprechenden Architekturen müssen beschrieben werden. Auf dieser Basis kann eine Zielarchitektur entwickelt werden, die den Weg für Unternehmen vorzeichnet.
In dem folgenden Beitrag wird daher zuerst eine Einordnung bestehender Konzepte zu Informationssystem-Architekturen – also der Ordnung von Informationssystemen im Unternehmen – vorgenommen. Darauf aufbauend wird eine Morphologie zur Beschreibung von Informationssystemen in den vier Dimensionen technik-, organisations-, prozess- sowie datenbetreffende Merkmale vorgestellt. Unter Nutzung dieser Merkmale setzen sich Informationssystem-Architekturen aus mehreren Ausschnitten eines multidimensionalen Architekturraums zusammen; hierzu
werden im Beitrag entsprechende Darstellungsformen vorgeschlagen. Um Unternehmen praktische Handlungsempfehlungen zu geben, werden abschließend anhand der Darstellung einer Zielinformationssystem-Architektur Gestaltungsoptionen für Unternehmen auf dem Weg der Digitalisierung aufgezeigt.
Digital platforms act as mediator for many types of transactions and processes in various areas in business life. Especially, IoT platforms find increased use within companies. Still, the allocation of computation workload between a platform and exist-ing information systems is not clear. At the same time, companies have no guideline, which platform to choose to facilitate intra-com-pany optimizations. The platforms in the market are not fully designed or tailored for meeting the special needs of companies - especially in the manufacturing industry. To tackle these challenges, this article first gives an overview of the Internet of Production reference framework. In that context, it secondly investigates 212 IoT platforms in the market and then chooses the best options by stepwise narrowing down their number. Following, those selected platforms are described in detail. Additionally, the article provides a comparison of selected IoT platforms, which then creates the general framework of a platform especially designed for the manufacturing industry in terms of its features and functionalities. This reference platform architecture is developed for reaching the potential of the Internet of Production. This general framework and the representative reference architecture can help companies and software vendors to implement the Internet of Production reference architecture by creating an IoT platform, which fits its needs.
Assessment of IS Integration Efforts to Implement the Internet of Production Reference Architecture
(2018)
As part of a collaborative network, manufacturing companies are required to be agile and accelerate their decision making. To do so, a high amount of data is available and needs to be utilized. To enable this from a company internal information system perspective, the Internet of Production (IoP) describes a future information system (IS) architecture. Core element of the IoP is a digital platform building the basis for a network of cognitive systems. To implement and continuously further develop the IoP, manufacturing companies need to make architecture-related decisions concerning the accessibility of data, the processing of the data as well as the visualization of the information. The goal of this research is the development of a decision-support methodology to make those decisions, taking under consideration the evaluated IS integration effort. Therefore, this paper describes the allocation of IS functions and identifies the effort drivers for the respective IS integration by analyzing the integration possibilities. Conclusively this approach will be validated in a case study.
IT-Strategien werden im Digitalisierungszeitalter immer wichtiger, da die Unternehmens-IT die Unternehmen erst für die Digitalisierung befähigt. In vielen Unternehmen steht die Unternehmens-IT jedoch nicht mit der Unternehmensstrategie im Einklang und kann so den Fachbereichen keinen optimalen Mehrwert liefern. Eine große Herausforderung dabei ist die IT-Komplexität, welche Effizienz verhindert und in der Unternehmens-IT mitunter hohe Kosten verursacht.
Dieses Whitepaper enthält hierzu konkrete Lösungen für Unternehmen. Dazu geben wir zuerst einen Überblick über die relevanten Begriffe und legen dar, vor welchen Herausforderungen Unternehmen heute stehen. Zentraler Teil des Whitepapers ist die Beschreibung eines vierschrittigen Vorgehens zur Gestaltung einer IT-Strategie. Wir stellen verschiedene Werkzeuge vor, mit denen der Ist-Stand und relevante Aspekte des Umfeldes erhoben werden können. Es wird ein Vorgehen zur Formulierung der Strategie und Werkzeuge zur Umsetzung der Strategie und Überwachung dieser Umsetzung beschrieben. Ein Blick in die Zukunft zeigt auf, worauf Unternehmen künftig achten müssen.
In the age of digitalization, IT strategies are becoming increasingly important. This is due to the fact that corporate IT is the key enabler of digitalization. In many companies, however, corporate IT is not well-aligned with the overall organizational strategy, preventing it from providing the best possible value for the different organizational units. A major challenge is posed by what we term IT complexity, which reduces efficiency and generates high costs for the corporate IT department.
This white paper outlines solutions for companies facing this issue. First, we provide an overview of the relevant terms and highlight the challenges confronting enterprises today. Central to this paper, we describe a four-step approach for the design development of an IT strategy. We introduce various tools with which to assess the current situation and identify relevant aspects of the business environment. Subsequently we outline an approach to strategy formulation and describe tools for strategy implementation and monitoring. Finally, an outlook into the future highlights what companies need to do to thrive into the future.
Growing information systems (IS) often come along with growing IT complexity, because of emerging rag rug landscapes. This development causes rising IT costs and dependencies, which hinder the maintenance and expansion of the IS landscape. This article outlines the current research on published and presented methods to manage the rising IT complexity in a literature review. Because definitions of “IT complexity” vary a lot in literature, this paper also includes a definition of the term. In addition to that, it delivers a presentation of the used research methodology. Subsequently, it presents the findings in literature, highlights the research gap and – based on the literature analysis – presents the steps that need to be taken. A discussion of the results and a summary complete the article.
Growing information systems (IS) often come along with growing IT complexity, because of emerging rag rug landscapes. This development causes rising IT costs and dependencies, which hinder the maintenance and expansion of the IS landscape. This article outlines the current research on published and presented methods to manage the rising IT complexity in a literature review. Because definitions of “IT complexity” vary a lot in literature, this paper also includes a definition of the term. In addition to that, it delivers a presentation of the used research methodology. Subsequently, it presents the findings in literature, highlights the research gap and – based on the literature analysis – presents, the steps that need to be taken. A discussion of the results and a summary complete the article.
Im Rahmen der vernetzten Digitalisierung stehen insbesondere kleine und mittlere IT-Organisationen und IT-Dienstleister vor der großen Herausforderung, in einem immer dynamischer werdenden Umfeld Leistungen in hoher Qualität zu liefern. Die Verknüpfung dieser Leistungen mit den zu unterstützenden Geschäftsprozessen und Geschäftsmodellen gestaltet sich schwierig und erfordert eine service- und prozessorientierte Denkweise.
Zur Bewältigung dieser Herausforderungen und der Umsetzung des "service- und prozessorientierten Denkens" bietet das IT-Service-Management (ITSM) Methoden und Maßnahmen zur kundenorientierten, prozessgesteuerten und transparenten Erbringung von IT-Services. Trotz bestehender ITSM-spezifischer Referenzmodelle und Regelwerke werden die beschriebenen Methoden von kleinen und mittleren IT-Organisationen und IT-Dienstleistern kaum genutzt. Der Grund hierfür liegt unter anderem in der hohen Komplexität der Regelwerke und dem damit verbundenen großen Implementierungsaufwand. Es fehlt ein Vorgehen, das die Fähigkeiten und Möglichkeiten von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) berücksichtigt, um IT-Prozesse eigenständig hinsichtlich der Serviceorientierung zu bewerten und zu optimieren.
Das Ergebnis des Forschungsvorhabens "GradeIT" ist eine Vorgehensweise, die KMU dabei unterstützt, relevante IT-Service-Prozesse für sich selbst zu identifizieren, um diese dann eigenständig zu bewerten und auf Basis transparent dargestellter Wirkungszusammenhänge zu spezifischen Einflussfaktoren erfolgversprechende Handlungsempfehlungen auszusprechen.
In der Smart-Service-Welt-Veröffentlichung der acatech von 2015 wird beschrieben, dass „Deutschland nur mit führenden softwaredefinierten Plattformen und Serviceplattformen zum digitalen Marktführer bei Smart Services aufsteigen kann". Mit diesen Plattformen können auf Datenanalysen basierende Services neu erstellt oder Produkte für den Kunden automatisiert individualisiert werden, wie zum Beispiel eine prädiktive Überwachung der Produkte oder die Einführung eines Software-Marktplatzes. Um dieses Ziel zu erreichen, haben Unternehmen eigene Softwarelösungen entwickelt. Der Betrieb solcher Software erfordert jedoch einen hohen Aufwand in der Pflege.
Especially in SMEs of the manufacturing industry, data is not sufficiently used to optimize processes. Some companies have implemented lighthouse “Industrie 4.0 projects”, but struggle with a broader approach. We present the results of a survey we performed that underlines that statement. There are approaches in the literature that propose generic architecture frameworks tackling the mentioned challenge. Still, most of them do not include the existing IT architecture of a company and fail to propose a comprehensive solution delivering a real benefit to companies. Therefore, companies cannot easily use them. For that reason, we developed and tested an Industrie 4.0 software platform architecture companies can use as a blueprint for their own implementation. This architecture is presented in this paper as well as the structured VDI 2221 approach we used to develop it.
People’s (and goods’) transport will fundamentally change due to autonomous driving and emission-reduced drives. This enables new mobility concepts, especially for inner-city transport of people. An example for such autonomous vehicles are so-called people-movers: small electrically powered busses carrying up to 15 passengers from individual departure points to individual destinations. Next to the research regarding autonomous driving and alternative types of drives, it is also necessary to study and research how future users are willing to use new types of inner-city transport. Such transport needs specific information platforms organizing the trips and routing the people mover. Those platforms do not yet exist.
As part of our research, we developed an exemplary people-mover platform architecture. We were using methods from agile software development to gather customer requirements, as well as an information logistics concept as a validated link between user requirements and the architecture. We designed the architecture using microservices to enable growth and adaptability at the same time. As the research is still going on, these characteristics are necessary in order to keep building a customer-focused platform for the inner-city mobility of the future.