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Institute
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „KMU-innovativ: Produktionsforschung“ (Förderkennzeichen 02K19K010) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.
Produzierende Unternehmen stehen vor der Herausforderung, die Digitalisierung ihrer Systemlandschaften nutzenorientiert auszurichten. Aufgrund der oftmals historisch gewachsenen Shopfloors und IT-Systeme sind die Möglichkeiten mit den bereits existierenden Bestandssystemen undurchsichtig. Eine Vielzahl an Anwendungsfällen ist bereits mit geringem Mehraufwand, im Kontrast zu umfassenden Neuanschafungen, umsetzbar. Entscheidend ist eine systematische Ermittlung von Handlungsbedarfen, die auf den individuellen Bestandssystemen und Zielsetzungen basieren. Ziel des Forschungsprojekts ‚MarryIT‘ ist es, KMU durch eine methodisch angeleitete Erfassung und Bewertung des IT-OT-Integrationsstands zu unterstützen. IT-OT-Integration beschreibt die Vernetzung der Shopfloorsysteme (OT-Systeme wie MES, Produktionsmaschinen, Sensoren, Waagen, Scanner etc.) mit den Officefloorsystemen (IT-Systeme wie IoT-Plattformen, ERP, PLM, Supply-Chain-Management-Systeme etc.).
Feasibility Analysis of Entity Recognition as a Means to Create an Autonomous Technology Radar
(2021)
Mit den neuesten Technologietrends auf dem Laufenden zu bleiben, ist für Fertigungsunternehmen eine entscheidende Aufgabe, um auf einem global wettbewerbsfähigen Markt erfolgreich zu bleiben. Die Erstellung eines Technologieradars ist ein etablierter, jedoch meist manueller Prozess zur Visualisierung der neuesten Technologietrends.
Der Herausforderung, Technologien zu identifizieren und zu visualisieren, widmet sich das Projekt TechRad, das maschinelles Lernen einsetzt, um ein autonomes Technologie-Scouting-Radar zu realisieren. Eine der Kernfunktionen ist die Identifizierung von Technologien in Textdokumenten. Dies wird durch natürliche Sprachverarbeitung (NLP) realisiert.
Dieser Beitrag fasst die Herausforderungen und möglichen Lösungen für den Einsatz von Entity Recognition zur Identifikation relevanter Technologien in Textdokumenten zusammen. Die Autoren stellen eine frühe Phase der Implementierung des Entity Recognition Modells vor. Dies beinhaltet die Auswahl von Transfer Learning als geeignete Methode, die Erstellung eines Datensatzes, der aus verschiedenen Datenquellen besteht, sowie den angewandten Modell-Trainings-Prozess. Abschließend wird die Leistungsfähigkeit der gewählten Methode in einer Reihe von Tests überprüft und bewertet.
Heutzutage steigen die Technologievielzahl und -vielfalt täglich an. Unternehmen, die sich im Zuge der Digitalisierung für die Einführung eines cyber-physischen Systems interessieren, müssen sich zu Beginn einen schnellen Überblick über den verfügbaren Technologiemarkt verschaffen, der sich stündlich ändert. Darauf ausgerichtet hat das Projekt TechRad zum Ziel, dieses Technologiescouting in Form eines plattformbasierten Radars zu automatisieren, welches eine permanent aktuelle Übersicht über verfügbare Technologien liefert. Die Befüllung der Plattform wird durch ein gezieltes Webcrawling nach Technologien realisiert. Das Entwicklungsvorgehen des Radars soll als Referenzmodell dienen, um zukünftigen Scouting-Plattformen einen Leitfaden zur schnellen und effizienten Entwicklung zur Verfügung zu stellen, und beinhaltet neben den technischen Vorgaben auch einen rechtlichen Rahmen, der bei dem Crawling von Daten berücksichtigt werden muss. Das Vorhaben IT-2-1-025a / EFRE-0801386 der Forschungsvereinigung FIR e. V. an der RWTH Aachen wird über den PTJ durch den europäischen Fond für regionale Entwicklung in NRW (EFRE) mit Mitteln der europäischen Union (EU) gefördert.
Die Intransparenz in der eigenen Systemlandschaft und die Vielzahl an Industrie-4.0-Anwendungsfällen erschwerten KMU die nutzenorientierte Vernetzung von IT-Systemen und Shopfloor, die sogenannte IT-OT-Integration. Die richtige Auswahl von Digitalisierungsmaßnahmen mithilfe einer funktionalen und technischen Evaluation des Systembestands reicht häufig schon aus, um die vorhandenen Nutzenpotenziale zu heben. Im Forschungsprojekt ‚MarryIT‘ wurde eine Methodik entwickelt, die KMU gezielt bei der Aufnahme und Ableitung individueller Handlungsempfehlungen unterstützt. Mit Abschluss des Projekts im Mai 2021 wurde das Vorgehen zur vereinfachten Anwendung und Verfügbarkeit zusätzlich in ein Online-Tool (marryit-tool.fir.de) überführt, das nun kostenlos zur öffentlichen Nutzung bereitsteht.
Methods of machine learning (ML) are difficult for manufacturing companies to employ productively. Data science is not their core skill, and acquiring talent is expensive. Automated machine learning (Auto-ML) aims to alleviate this, democratizing machine learning by introducing elements such as low-code or no-code functionalities into its model creation process. Due to the dynamic vendor market of Auto-ML, it is difficult for manufacturing companies to successfully implement this technology. Different solutions as well as constantly changing requirements and functional scopes make a correct software selection difficult. This paper aims to alleviate said challenge by providing a longlist of requirements that companies should pay attention to when selecting a solution for their use case. The paper is part of a larger research effort, in which a structured selection process for Auto-ML solutions in manufacturing companies is designed. The longlist itself is the result of six case studies of different manufacturing companies, following the method of case study research by Eisenhardt. A total of 75 distinct requirements were identified, spanning the entire machine learning and modeling pipeline.
Digitalisierung findet überall in Unternehmen statt, jede Abteilung beschäftigt sich damit, die eigenen Prozesse effizient zu digitalisieren oder neue Geschäftsmodelle zu entwickeln. Gleichzeitig hat das Jahr 2021 gezeigt: Geht man dabei nicht mit Bedacht vor, steigt die Gefahr von Cyber-Angriffen und Datenschutzverstößen deutlich. Bei dieser Gradwanderung soll ausgerechnet das seit Jahren totgesagte EAM ein Baustein sein, um Unternehmen zu unterstützen? Wir sagen: Ja!
Allerdings muss EAM dafür die Besenkammer der IT verlassen und komplett neu gedacht werden. Viele existierende Methoden und Ansätze sind dabei sinnvoll und wertstiftend aber ohne einen entsprechenden sinnstiftenden Überbau und einer Integration von EAM in die Fachbereiche und Unternehmensprozesse kann EAM in der Praxis nicht gelingen. Nur bei einer Neuausrichtung der IT-Organisation, einer Neudefinition der notwendigen Kompetenzen und Veränderungen des Mindsets in EAM-Funktionen von Unternehmen kann diese echte Mehrwerte für das Gesamtunternehmen schaffen.
In diesem Vortrag skizzieren wir die Sicht des FIR e. V. an der RWTH Aachen darauf, wie man ein pragmatisches EAM gestaltet und wie man dieses in Unternehmensprozesse & -strukturen integriert.
Networked digitalisation as an enabler for smart products and data-based business models presents companies with numerous and diverse challenges on their way through the digital transformation. Various reference architecture models have been developed in recent years to support these companies. A detailed analysis of these and in particular their use by companies quickly showed that currently existing reference models have major weaknesses in their practical suitability. With the Aachen Digital Architecture Management (ADAM), a framework was developed that specifically addresses the weaknesses of existing reference architectures and specifically takes up their strengths. As a holistic model, specially developed for use by companies, ADAM structures the digital transformation of companies in the areas of digital infrastructure and business development starting from customer requirements. Systematically, companies are enabled to drive the design of the digital architecture, taking into account design fields. The description of the design fields offers a detailed insight into the essential tasks on the way to a digitally networked company. The model is not only a structuring aid, but also contains a construction kit with the design fields to configure the procedure in the digital transformation. The procedure differentiates between the development of the digitalisation strategy and the implementation of the digital architecture. Three different case studies also show how ADAM is used in industry, what structuring support it can provide and how the digital transformation can be configured. The breadth and depth of ADAM enable companies to take the path of digital transformation systematically and in a structured manner, without ignoring the value-creating components of digitalisation. This qualifies ADAM as a sustainability-oriented framework, as it places the economic scaling, needs-based adaptation and future-oriented robustness of solution modules in the focus of digital transformation.
Die vorliegende Publikation soll dazu dienen, ein aktuelles Stimmungsbild der Industrie zu der Einführung von 5G einzufangen. Dazu wird analysiert, wie eine 5G-Einbindung in bereits bestehende IoT-Plattformen gelingen kann und welche Möglichkeiten zukünftig realisierbar werden. Dazu stellen wir fünf Hypothesen zum Einfluss von 5G auf IoT-Plattformen auf und leiten daraus ein Visionsbild eines 5G-Plattformkonzepts ab. Um den Einfluss der industriellen Einführung der Mobilfunkgeneration 5G auf IoT-Plattformen bewerten zu können, wurden sowohl Visionsbild als auch Hypothesen innerhalb strukturierter Interviews mit IoT-Plattformanbietern diskutiert und aufgearbeitet. Nachdem in Kapitel 2 die relevanten Grundlagen hinsichtlich des neuen Mobilfunkstandards 5G und Plattformen erarbeitet werden, werden in Kapitel 3 die Ergebnisse und Erkenntnisse der Interviews mit den Plattformanbietern zusammengefasst und erörtert. Basierend auf den Interviews geben wir einen Überblick über die konkreten Herausforderungen, das Interesse diverser Stakeholder und die aktuellen Entwicklungen rund um das Thema.
Künstliche Intelligenz (KI) hat als Technologie in den vergangenen Jahren Marktreife erlangt. Es existiert eine Vielzahl benutzerfreundlicher Produkte und Services, welche die Anwendung von KI im Alltag und im Unternehmen vereinfachen. Die Herausforderung, vor denen Anwendende, gerade im betriebswirtschaftlichen Kontext, stehen, ist nicht die technische Machbarkeit einer KI-Applikation, sondern deren organisatorisch und rechtlich zulässige Gestaltung. Zu einer zunehmenden Dynamik in der Gesetzgebung kommt ein gesellschaftliches Interesse an der Kontrolle und Transparenz über die für KI-Modelle erhobenen Daten. Die Diskussion über Datensouveränität im geschäftlichen und privaten Alltag rückt mehr und mehr in das Zentrum der öffentlichen Aufmerksamkeit.
Datenbasierte KI-Anwendungen stehen damit in einem Spannungsfeld zwischen den Potenzialen, die das Erheben und Teilen von Daten über Unternehmensgrenzen hinweg bietet, und der Herausforderung, die Datensouveränität der involvierten Personen zu wahren. Die vorliegende Studie soll erstens über die Auswirkungen der Datensouveränität und die damit verbundenen aktuellen und kommenden Regularien auf KI-Anwendungsfälle aufklären. Dafür wurden Expertinnen und Experten aus den Bereichen Recht, KI- und Organisationsforschung befragt. Zweitens zeigt die Studie Potenziale und Best Practices von KI-Anwendungsfällen mit überbetrieblichem Datenaustausch auf. Dafür wurden Fallstudien in Unternehmen durchgeführt, die bereits erfolgreich Datenaustausch in ihre Geschäftsmodelle integriert haben, um ihre KI-Applikationen zu betreiben und zu verbessern.
Der Technologie- und Trendradar 2022 enthält die neusten Technologien und Trends des vergangenen Jahres. Im aktualisierten Radar wurden die Technologiereifegrade in den Steckbriefen neu bewertet, die Anwendungen, Potenziale und Herausforderungen der Technologien wo nötig aktualisiert und neue Technologien aufgenommen.
Der Technologie- und Trendradar 2022 enthält elf neue Steckbriefe. Das Technologiefeld Vernetzung wurde um Eventgetriebene IT-Architekturen, Internet of Behaviors und Web3 erweitert. Dem Feld Virtualisierung wurde die Technologie Metaverse hinzugefügt. Das Technologiefeld Datenverarbeitung wurde um den Trend Data-Centric AI ergänzt, das Feld Prozesse um den Trend Digitale Souveränität. Im Technologiefeld Produkte wurden die Technologien Edge AI, Inter Planetary File System (IPFS), Photonische Siliziumchips, Soft-Robotik und Neuromorphic Computing aufgenommen.
Technologiefrüherkennung
(2022)
Unter Technologiefrüherkennung wird im Folgenden die gezielte Auseinandersetzung mit dem Technologiemarkt und unternehmensspezifischen Anwendungsfällen verstanden. Der Technologieeinsatz kann für Unternehmen entscheidend sein, um ihre Strategie, z. B. die Kostenführerschaft, erfolgreich zu verfolgen. Gleichzeitig können neue Technologien, wie z. B. der 3D-Druck, Markteintrittsbarrieren senken, sodass die Gefahr besteht, dass neue Wettbewerber in den Markt eintreten. Die vernetzte Digitalisierung profitiert unter anderem davon, dass (Informations-)Technologien günstiger und performanter werden. Durch diesen Trend empfiehlt es sich, den sich stetig ändernden Technologiemarkt im Blick zu behalten und eine Übersicht über relevante Technologien zu schaffen. Im folgenden Kapitel werden Methoden vorgestellt, mit denen dieser Überblick gezielt erreicht werden kann. (Quelle: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-63758-6_13)
Seit Beginn des Jahres ist Max-Ferdinand Stroh Leiter des Bereichs Informationsmanagement am FIR. Was ihn antreibt und welche Ziele er und seine Mitarbeiter:innen sich für die kommenden Jahre gesetzt haben, erörtert Max-Ferdinand Stroh im Interview mit der UdZ-Redaktion.
Methods of machine learning (ML) are notoriously difficult for enterprises to employ productively. Data science is not a core skill of most companies, and acquiring external talent is expensive. Automated machine learning (Auto-ML) aims to alleviate this, democratising machine learning by introducing elements such as low-code / no-code functionalities into its model creation process. Multiple applications are possible for Auto-ML, such as Natural Language Processing (NLP), predictive modelling and optimization. However, employing Auto-ML still proves difficult for companies due to the dynamic vendor market: The solutions vary in scope and functionality while providers do little to delineate their offerings from related solutions like industrial IoT-Platforms. Additionally, the current research on Auto-ML focuses on mathematical optimization of the underlying algorithms, with diminishing returns for end users. The aim of this paper is to provide an overview over available, user-friendly ML technology through a descriptive model of the functions of current Auto-ML solutions. The model was created based on case studies of available solutions and an analysis of relevant literature. This method yielded a comprehensive function tree for Auto-ML solutions along with a methodology to update the descriptive model in case the dynamic provider market changes. Thus, the paper catalyses the use of ML in companies by providing companies and stakeholders with a framework to assess the functional scope of Auto-ML solutions.
5G offers the manufacturing industry a wireless, fast and secure transmission technology with high range, low latency and the ability to connect a large number of devices. Existing transmission technologies are reaching their limits due to the increasing number of networked devices and high demands on reliability, data volume, security and latency. 5G fulfills these requirements and also combines the potential and use cases of previous transmission technologies so that unwanted isolated solutions can be merged. Use cases of transmission technologies that previously required a multitude of solutions can now be realized with a single technology. However, the general literature often refers to 5G use cases that can also be realized over cables in particular. In this paper, a literature review presents the current state of research on the various 5G application scenarios in production . Furthermore, concrete characteristics of 5G use cases are identified and assigned to the identified application scenarios. The goal is to verify the identified 5G use cases and to work out their 5G relevance in order to be able to concretely differentiate them from already existing Industrie 4.0 applications.
Feeding the growing world population is a scientific and economic challenge. The target variables to be optimised are the yield that can be produced on a given area and the reduction of the resources used for this purpose. High-wage countries are faced with the problem that the use of personnel is a significant cost driver. Developing countries, on the other hand, usually operate on much smaller field sizes, so that the work in the field is still strongly characterised by manual labour. One solution to meet these challenges is the use of smaller autonomous harvesting robots. These can be networked into a swarm of machines to work even larger fields. The networking of autonomous agricultural machines is a key use case for rural 5G networks. 5G technology can offer many advantages over older mobile communications standards and therefore make use cases more efficient or enable new ones. Various use cases are also conceivable in the field of agriculture, yet it is unclear how 5G networks can and must be specified for this purpose. In this paper, using the example of 5G-connected harvesters powered by swarm robotics, we present the challenges that have arisen and the specification that has been developed.
In road haulage, transports are interrupted by truck drivers to comply with driving and rest times. On long-distance routes, these interruptions lead to a considerable increase in transport time. Transport interruption can be avoided by so-called relay traffic: a vehicle (e. g. semi-trailer) is handed over to a rested driver at the end of the driving time. This type of transport requires a certain company size. In Germany, however, transport companies have 11 employees on average. Intra-company relay traffic is therefore not economically viable for most transport companies. To organize an intermodal transport across forwarding companies, long-distance routes need to be split into partial routes to divide them between freight forwarders and carriers. This paper presents a data concept for an algorithm to find the best possible route sections along a previously defined start and endpoint. The developed data concept includes order-specific data, forwarder-specific data, real-time traffic data, geographical data as well as data from freight forwarding software and telematics to be the basis for the route sectioning algorithm. In this paper, different data sources, external services and logistic systems are analyzed and evaluated. It is shown which data is needed and what the best ways are to select and derive this data from the different data sources.
Digital technologies have gained significant importance in the course of the 4th Industrial Revolution and these technologies are widely implemented, nowadays. However, it is necessary to bear in mind that an ill-considered use can quickly have a negative impact on the environment in which the technology is used. For more responsible and sustainable use, the regulation of digital technologies is therefore necessary today. Since the government is taking a very slow response, as the example of the AI Act shows, companies need to take action themselves today. In this context, one of the central questions for companies is: "Which digital technologies are relevant for manufacturing companies in terms of regulation? This paper conducted a quantitative Delphi study to answer this question. The results of the Delphi study are presented and evaluated within the framework of a data analysis. In addition, it will be discussed how to proceed with the results so that manufacturing companies can benefit from them. Furthermore, the paper contributes to the development of an AI platform in the German research project PAIRS by investigating the compliance relevance of artificial intelligence applications.
Industry 4.0 is driven by Cyber-Physical Systems and Smart Products. Smart Products provide a value to both its users and its manufacturers in terms of a closer connection to the customer and his data as well as the provided smart services. However, many companies, especially SMEs, struggle with the transformation of their existing product portfolio into smart products. In order to facilitate this process, this paper presents a set of smart product use-cases from a manufacturer’s perspective. These use-cases can guide the definition of a smart product and be used during its architecture development and realization. Initially the paper gives an introduction in the field of smart products. After that the research results, based on case-study research, are presented. This includes the methodological approach, the case-study data collection and analysis. Finally, a set of use-cases, their definitions and components are presented and highlighted from the perspective of a smart product manufacturer.
Digitalization and Industry 4.0 continue to shape our industrial environment and collaboration. For many enterprises, a key challenge in moving forward in this matter is the integration of their shop-floor systems (hard- and software) with their office-floor systems to harvest the full potential of industry 4.0.
A multitude of different technologies and respective use-cases available on the market leave many companies startled. This paper presents a set of use-cases for IT-OT-Integration to bring transparency into a company’s digital transformation.
Additionally, a technical requirements profile for integrating IT- and OT-Systems based on the use cases is presented. Both, use-cases and their requirements, guide companies in selecting the digitalization measures that fit their current situation and help in identifying technical challenges that need to be addressed in the transformation process.