Zentrum Industrie 4.0

Steinbeis Innovationszentrum Transferplattform Industrie 4.0

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Transferplattform Industrie 4.0 der Hochschule Aalen Aussteller auf der CEBIT 2018 in Hannover

Die Chancen digitaler Vernetzung und smarter Produktion aufzuzeigen und für kleine und mittelständische Unternehmen nutzbar zu machen, ist das Ziel eines dreijährigen Projektes der Hochschulen Aalen, Esslingen und Reutlingen sowie der Steinbeis-Stiftung. Das Projekt wird vom Land mit knapp zwei Millionen Euro gefördert. Zu dessen Umsetzung wurde das Steinbeis-Innovationszentrum »Transferplattform Industrie 4.0« gegründet, das im „Zentrum Industrie 4.0“ der Hochschule Aalen angesiedelt ist.

Das „Zentrum Industrie 4.0“ hat die Aufgabe das Industrie 4.0 Rechnerlabor zu betreiben und die Lehr- und Forschungsfabrik (CP-Factory) auszubauen. Diese dient als Keimzelle für Projekte mit Unternehmen und ist Testumgebung für I4.0 Produkte von Firmen. Als Hands-on Plattform wird sie zudem für Praktika, Laborkurse und Bachelor- und Masterarbeiten verwendet. Schwerpunktthemen sind Datensensoren, Big Data, Data Mining, IT-Sicherheit und digitale Geschäftsmodelle.

Die Transferaktivitäten der Hochschulen werden in Kooperation mit der Steinbeis- Stiftung gebündelt und verzahnen zwei Instrumente miteinander: Zum einen die Einrichtung standortübergreifender Industrie 4.0-Labore als Demonstrationszentren, zum anderen das auf dieser Basis operierende Transfermanagement. Diese werden in Form von Forschungsprojekten in konkrete Lösungen umgesetzt. Themen sind z.B. die virtuelle Inbetriebnahme von automatisierten Sondermaschinen (Digitaler Zwilling), der Aufbau eines Demonstrators für eine digitale Plattform, die Netzwerküberwachung (IT-Sicherheit/ Datensicherheit), Malware-Erkennung, Machine Learning durch Neuronale Netze und digitale Geschäftsprozesse. 

Es werden Forschungsprojekte auf Seite der Hochschule initiiert und maßgeschneiderte Aus- und Weiterbildungsangebote organisiert, wie z.B. die Vortragsreihe "Industriedialog Industrie 4.0" oder dem Workshopformat "Lunch & Learn". 


Gerne vereinbaren wir mit Ihnen ein unverbindliches Projektgespräch. Unsere Dienstleistungen sind bis zum Aufbau eines Demonstrators kostenlos. Bitte sprechen Sie uns an!


Industriedialog Industrie 4.0

Steinbeis Transferplattform


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Auf der Hannover Messe 2018 hat die Steinbeis Transferplattform hochrangigen Besuch empfangen: Auf der Weltleitmesse der Industrie besuchte die Landesministerin für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau, Nicole Hoffmeister-Kraut, den Gemeinschaftsstand von Baden-Württemberg international und der Transferplattform Baden-Württemberg, ein Verbund der Hochschulen Aalen, Esslingen und Reutlingen. Foto: Gabriel Poblete Young


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Wissenstransfer mit Steinbeis

1. Bedarfe der regionalen Wirtschaft erfassen ("Innovationsvertrieb")

    •  Sensibilisierung und Beratung - unabhängig und unverbindlich


2. Projekte bearbeiten (Non-Profit)

    • Anbahnung, Vorbereitung und Durchführung bilateraler Umsetzungsprojekte in Kooperation mit Firmen
    • Initiierung von Forschungsprojekten auf Hochschulseite (Fördergelder)


3. Demonstrationslabore aufbauen und betreiben (Schaufensterfunktion)


4. Weiterbildungsveranstaltungen organisieren

    • maßgeschneiderte Informations- und Vortragsangebote (z.B. Industriedialog)
    • bedarfsgerechter Wissenstransfer in KMU (z.B. Training, Workshop "Lunch&Learn)

Wie können mittelständische Unternehmen den digitalen Wandel strategisch angehen und die digital gewonnenen Informationen wirtschaftlich nutzen? Wie funktioniert Industrie 4.0, was bedeutet das für die einzelnen Betriebe und welche Qualifizierungsmaßnahmen sind für die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sinnvoll?

Öffentliche Förderprogramme sind ein etabliertes Instrument und gehören heute in vielen Unternehmen zum Finanzierungsmix.Bundes- und Landesregierungen unterstützen damit aktiv Digitalisierungsinitiativen.

Gerade wenn es um den Aufbau von digitalen Geschäftsmodellen geht, kann durch die Inanspruchnahme von Förderprogrammen die Maßnahmen zur Planung und Umsetzung finanziell und inhaltlich unterstützt und das finanzielles Risiko abgefangen werden.


Die Begriffe Digitalisierung und Industrie 4.0 beschreiben den initiierten Wandel in den Wirtschaftszweigen verarbeitendes Gewerbe, Handwerk und Dienstleistungen. Dies impliziert für die Unternehmen Chancen und Risiken. 

Die Mitarbeiter des Zentrum Industrie 4.0 und der Steinbeis Transferplattform Industrie 4.0 legen das Augenmerk auf folgende Schwerpunktthemen:


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Mit Datensensoren den Datenverkehr abhören

Grundlage für alle Dienste im industriellen Internet der Dinge sind Maschinendaten. Diese sind in den meisten Anlagen allerdings nicht frei und ohne Rückwirkung zugänglich, so dass sie nicht für übergeordnete Funktionen zur Verfügung stehen.


Datensensoren lösen das Problem, indem sie an bestehenden Kommunikationsleitungen den Datenverkehr abhören, lokal auswerten und auf einem privaten Kanal miteinander kommunizieren.


Vorteile von Datensensoren:

  • Keine Verzögerungen der Datenübertragung
  • Keine Belastung der lokalen Steuerung
  • Niedrige Kosten und einfache Integration

Die fortschreitende Digitalisierung der industriellen Produktion wirft die Frage auf, wie eine weitgehend vernetzte Fabriklandschaf t vor unbefugtem Zugriff geschützt werden kann.


Ein wichtiges Element einer Datensicherheits-Strategie stellen Intrusion Detection Systeme (IDS) dar, die den Datenverkehr auf nicht normale und daher unerwünschte oder gefährliche Datenpakete hin untersuchen.


Embedded Intrusion Detection:
Durch den Einsatz paralleler Rechnerarchitekturen und Neuronaler Netzwerke ist es gelungen, eine Plattform für Intrusion Detection Systeme speziell für den industriellen Einsatz zu entwickeln. Derzeit beschäftigen sich mehrere Forschungsprojekte mit Algorithmen, die eine effektive Erkennung von Angriffen mit Hilfe solcher verteilter Systeme ermöglichen.

Im Projekt DataCast wurde ein Modell zur Vorhersage der Teilequalität im Aluminiumdruckguss entwickelt. Dazu wurden mehr als 20 Prozessparameter mit neuen hochauflösenden Sensoren in Echtzeit erfasst. Auf Basis dieser Daten konnte unter Einbezug der Gussteilqualität durch Machine Learning Algorithmen ein Modell entwickelt werden.


Das Projekt SmartControl greift die Erkenntnisse auf und ergänzt sie folgerichtig um einen autonomen, adaptiven Prozessregler für Industrie 4.0 Anwendungen. Dieser ermöglicht in Kombination mit einem Qualitätsmanagementsystem über die Klassifizierung von Gut- und Schlechtteilen hinaus, regelnde Eingriffe in die jeweilige Produktionsanlage.


Weiterhin beschäftigt sich das Projekt SIPREMA mit der Nutzung von Soundsensoren zur Detektion sich abzeichnender Wartungsbedarfe bei industriellen Anlagen.

Mithilfe des maschinellen Lernens werden IT-Systeme in die Lage versetzt, auf Basis vorhandener Datenbestände und Algorithmen Muster und Gesetzmäßigkeiten zu erkennen und Lösungen zu entwickeln. Es wird künstliches Wissen aus Erfahrungen generiert. Die aus den Daten gewonnenen Erkenntnisse lassen sich für neue Problemlösungen oder für die Analyse von bisher unbekannten Daten verwenden. 

Damit die Software eigenständig lernen und Lösungen finden kann, ist ein vorheriges Handeln von Menschen notwendig. Beispielsweise müssen die Systeme zunächst mit den für das Lernen relevanten Daten und Algorithmen versorgt werden. Zudem sind Regeln für die Analyse des Datenbestands und das Erkennen der Muster aufzustellen. Sind passende Daten vorhanden und Regeln definiert, können Systeme mit maschinellem Lernen unter anderem folgendes:

  • Relevante Daten finden, extrahieren und zusammenfassen,
  • Vorhersagen auf Basis der analysierten Daten treffen,
  • Wahrscheinlichkeiten für bestimmte Ereignisse berechnen,
  • sich an Entwicklungen eigenständig anpassen und
  • Prozesse auf Basis erkannter Muster optimieren.
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Malware erkennen

Malware ist eine der größten Gefahrenquellen für Computersysteme. Insbesondere in Industrie 4.0 Umgebungen kann eine erfolgreiche Infizierung mit Malware einen hohen finanziellen Schaden zur Folge haben.


Aus Sicht eines Cyberkriminellen ist die Beschaffung von Malware vergleichsweise einfach. Mittels sogenannter Malware Construction Toolkits lässt sich innerhalb weniger Minuten eine neue Malware-Variante erstellen, für die eine gute Chance besteht, von gängigen Virenscannern nicht als schädliche Software erkannt zu werden.


An der Hochschule Aalen wurde untersucht, inwieweit sich Verfahren des Deep Learning zur Erkennung von Malware einsetzen lassen. Die zentrale Idee hinter dem Ansatz war, die zu analysierende Software als Bilder darzustellen und Convolutional Neural Networks unter Einsatz des Tensorflow Frameworks mit diesen Bildern zu trainieren.


Die Ergebnisse der Untersuchung sind vielversprechend. In einer Laborumgebung konnten die neuralen Netzwerke so trainiert werden, dass sie in der Lage sind, mit einer hohen
Genauigkeit Malware von Nicht-Malware zu unterscheiden.

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Virtuelle Inbetriebnahme

Produkte müssen heute in immer schnelleren Zyklen auf den Markt gebracht werden. Die kürzere Entwicklungsphase erfordert ein Produkt, das schon vor der Produktion ausgereift ist. Kernelement der Entwicklung ist hier der digitale Zwilling.


Das virtuelle Abbild einer realen Anlage erlaubt eine gefahrlose und effiziente Entwicklung, Erprobung und Inbetriebnahme von neuen Produkten und Produktionsanlagen. Darüber hinaus können die Simulationsmodelle für Fehleranalysen, Wartung und Schulungen verwendet werden. Das Grundprinzip dabei ist die Kopplung eines 3D-CAD Modells mit dem zugehörigen Steuerungscode bzw. der realen Steuerung der Anlage.


An der Hochschule Aalen wird mit industriellen Partnern im Rahmen von Projekt- und Forschungsarbeiten der Einsatz dieser Technologien für verschiedene Anwendungsfelder
untersucht und weiterentwickelt.

In den letzten Jahren wurden die antriebstechnischen Themen verstärkt bearbeitet, so dass zum heutigen Zeitpunkt dieses Arbeitsgebiet einen Schwerpunkt an der Hochschule darstellt. Eine der Hauptkompetenzen liegt dabei in der Erprobung innovativer Triebstranglösungen, sowie der Entwicklung neuer Erprobungsmethodiken in Bezug auf neue Informations- und Kommunikationstechniken. Dafür stehen mehrere Testbeds zu Verfügung.


Ziel ist es die Forschung und Entwicklung im Bereich innovativer Antriebskonzepte sowie die Wirkungsgradoptimierung von Antriebssträngen voranzutreiben. Eine weitere Kompetenz liegt in der Integration und Auswertung von intelligenter Sensor- und Antriebsintegration in Drehverbindungen.


Wir arbeiten in diesem Bereich nicht nur mit namhaften Firmen der Fahrzeugindustrie und deren Zulieferer zusammen, sondern auch mit innovativen kleinen und mittelständischen Unternehmen.


Hier ein Überblick der genannten Themen:

  • Prüfumgebung zur Erprobung innovativer
    Triebstranglösungen
  • Entwicklung neuer Erprobungsmethodiken
    in Bezug auf neue Informations- und
    Kommunikationstechniken
  • Intelligente Sensor- und Antriebsintegration
    in Drehverbindungen

Virtuelle und augmentierte Realität findet sich inzwischen in fast allen Produktionszyklen: Bei der Konstruktion von Maschinen, Gebäuden und Fahrzeugen entstehen beispielsweise mittels CAD-Programme dreidimensionale Modelle, die verteilt konzipiert und visualisiert werden können. Diese Modelle lassen sich für die Darstellung in virtuellen 3D-Welten adaptieren und gegebenenfalls durch weitere 3D-Modelle ergänzen. Damit lassen sich auch verschiedene Abläufe animieren, so dass die Kunden weit vor der eigentlichen Produktion nicht nur einen visuellen Eindruck des Produkts gewinnen, sondern mittels Animationen und spezieller Interaktionsmöglichkeiten auch die Handhabung ausprobieren oder Varianten der Nutzung simulieren können. Zudem lassen sich virtuelle 3D-Räume auch als Arbeits- und Lernumgebung nutzen.


Sowohl im Bereich des Maschinenbaus, als auch im Bereich der Informatik verfügen wir über entsprechendes Equipment wie Head Mounted Displays, Datenbrillen (Augmented
Reality, Mixed Reality), Caves sowie über das entsprechende know-how zur Nutzung dieser Technologien.

Je besser man die Zukunft selbst gestaltet, desto optimistischer kann man ihr begegnen. Diese Maxime gilt für einen erfolgreichen Entrepreneur. Langfristige Prognosen von Konjunktur- und Marktentwicklungen sind angesichts der nationalen und internationalen Veränderungen schwierig geworden. Umso wichtiger ist es, dass Unternehmen wirtschaftlich agieren und zugleich die Kundenbedürfnisse fest im Blick haben (siehe auch Folgeseite Digitale Geschäftsmodelle). Das Konzept für langfristigen Erfolg ist denkbar einfach: Veränderungen aktiv begegnen.


Die Herausforderungen auf diesem Weg sind groß und individuell. Die Dienstleistungs-, Produktions- und Logistikprozesse können angepasst und die Mitarbeiter qualifiziert werden. Unternehmen, die sich für diese Vorgehensweise entscheiden, werden für die Zukunft gut gerüstet sein. Qualifizierung und Beratung sind unsere Stärken. Wir vermitteln Methodenkenntnisse und legen großen Wert auf die Einbeziehung der Mitarbeiter in die Veränderungsprozesse

Kunden nehmen Einfluss auf die Produktions- und Dienstleistungsangebote. Während früher überwiegend Produzenten und Dienstleister das Angebot auf dem Markt bestimmten, sind es heute stärker die Kundenbedürfnisse. Dieser Paradigmenwechsel wird durch die Digitalisierungstrends noch verstärkt. Heute erwarten Kunden höhere Qualität und bevorzugen individuelle Produkte zu einem günstigen Preis. Dank moderner Produktionssysteme ist dies technisch realisierbar. Durch digitalisierte Prozesse eröffnen sich für Unternehmen aber auch Chancen auf neue Wachstumsfelder, die sich mit einer neuen, innovativen Ausrichtung an Kundenbedürfnissen und damit einer entsprechenden Ausrichtung des Geschäftsmodells erschließen lassen.


Wir unterstützen Sie dabei, neue digitale Geschäftsmodelle zu entwickeln und in Ihrem Unternehmen umzusetzen.

Welchen Nutzen hat mein Betrieb von Industrie 4.0? Wie digitalisiere ich mein Unternehmen? Warum kann ich nicht einfach weiter machen wie bisher?

Diese und mehr Fragen sollen im Rahmen der Veranstaltungen von verschiedenen Seiten betrachtet und mit Beispielen aus der Praxis beantwortet werden.

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Industriedialog Industrie 4.0 (Foto: Heiko Buczinski)

Digitalisierung und Industrie 4.0 sind Schlüsselworte, die stellvertretend für den gravierenden Wandel stehen, der sich durch den rasant anwachsenden Einsatz digitaler Medien und der Vernetzung in der Produktentwicklung und Produktion abzeichnet. Für die Unternehmen bietet dieser Wandel große Chancen bezüglich innovativer Produkte, Geschäftsmodelle und Dienstleistungen.

Ein wichtiger Baustein zur erfolgreichen Umsetzung von Industrie 4.0 in unseren regionalen Unternehmen ist die fundierte Information über Chancen und Risiken, die ein solcher Wandel mit sich bringt.

Der  Industriedialog Industrie 4.0 wendet sich an Vertreter/innen von Industrieunternehmen sowie Mitarbeiter/innen und Studierende der Hochschule Aalen, die einen fundierten Überblick zum Thema Industrie 4.0 gewinnen wollen. Zudem soll dabei auch der Dialog und Erfahrungsaustausch zwischen der Hochschule Aalen und den Unternehmen weiter gefördert werden.



Lunch & Learn

Mittagspause mal anders


Termine: 9. November / 23. November / 14. Dezember 2018

Zeitlicher Rahmen: jeweils 10.30 – 15 Uhr

Unter dem Motto „Lunch & Learn“ wird während der verlängerten Mittagspause in einem hochwertigen Hands-on-Workshop aktuelles Know-how vermittelt. Expertinnen und Experten präsentieren spannende und informative Themen. Die Themen umfassen theoretische Blöcke und viel Praxis. Eine Zusammenfassung wird in einem Handout geliefert. Die Veranstaltungen finden in kleinen Gruppen während der Mittagszeit im Zentrum Industrie 4.0 der Hochschule Aalen statt. Leckeres Mittagessen inklusive.

                      

9. November 2018                                                                                                                                                                             

Workshop 1: Hacking für Einsteiger

Dieser Workshop gewährt Ihnen Einblicke in die Arbeitsweise eines Hackers beim Angriff auf eine Webanwendung. Lernen Sie, wie ein Hacker eine Webanwendung analysiert, um für einen Angriff nutzbare Schwachstellen zu finden. Wenden Sie gängige Hacking-Werkzeuge an, um in die Webanwendung einzudringen.  Analysieren Sie die Auswirkungen eines erfolgreichen Angriffs und beurteilen Sie die daraus resultierenden Schäden.


23. November 2018                                                                                                                                                                           

Workshop 2: Wie macht man aus Sensordaten “Wissen”?

In moderneren Produktionsanlagen findet sich eine Vielzahl von Datenquellen wie etwa speicherprogrammierbare Steuerungen, Sensoren, Netzwerkkomponenten und vieles mehr. Wie aber erzeugt man aus dieser Datenflut sinnvoll nutzbares Wissen.
Der Workshop zeigt anhand eines Beispiels, wie man Daten aufbereitet, analysiert und schließlich mit Methoden des Machine Learning ein Modell aufbaut, welches sinnvolle Aussagen aus dem Datenbestand erzeugt.


14. Dezember 2018                                                                                                                                                                            

Workshop 3: Lauschen an der Datenleitung

Ist ein Computer mit dem Internet verbunden blinkt die Netzwerk LED, d.h. es werden ständig Daten übertragen. Das gilt für den Büro PC genauso wie für die SPS in einer Produktionsanlage. Doch um welche Daten handelt es sich eigentlich? Selbst wenn keine Interaktion am PC erfolgt bleibt die LED nicht still. Hat sich etwa jemand in den Computer gehackt, oder wird dieser gerade in einem Bot Netz missbraucht?

Dieser Frage gehen wir im Workshop nach. Zunächst mit etwas Theorie zu Ethernet und Protokollen und im praktischen Teil dann mit einem „Lauschangriff“ auf die Datenleitung. Ein spezieller Datensensor wird in die Ethernet Leitung des Workshop-Nachbars eingesetzt und schon wissen wir, welche Internet-Seiten dieser gerade aufruft, welche Server angesprochen werden oder welche Emails er schreibt. Und nebenbei erhalten wir einen Einblick in die Möglichkeiten und Techniken der Netzwerk Analyse.


Weitere Infos folgen.

Ansprechpartner: Simone Haag


Um Anmeldung über die Homepage wird gebeten. Der Vortrag kann auch im Live-Stream verfolgt werden unter www.medienzentrum.htw-aalen.de/aalenlive.html