Forschungsprojekte

Rund 90% der Cyberangriffe auf intelligente technische Systeme erfolgen durch die Ausnutzung von Software-Schwachstellen. Hier setzt die im Rahmen des Fraunhofer Attract-Programms geförderte Projektgruppe »Secure Software Engineering« an. Ziel ist es, Sicherheitsschwachstellen in der Software bereits während der Entwicklung zu erkennen und Programmierer dabei zu unterstützen, diese zu vermeiden.

Das Fraunhofer IEM hat gemeinsam mit der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) untersucht, welche Anforderungen mit der Nutzung von 5G im Maschinen- und Anlagenbau verbunden sind. Ziel ist eine umfassende Studie zum Thema 5G in industriellen Anwendungen und die transparente Aufbereitung der Ergebnisse für den Mittelstand.

In der Anlagen- und Fördertechnik wächst zunehmend der Bedarf an flexiblen Fertigungs- und Montageprozessen, um variantenreiche Produkte auch in kleinen Losgrößen wirtschaftlich fertigen zu können. Im Projekt »AWT – Aktiver kraftsensitiver Werkstückträger im Sonderanlagenbau« entwickelt das Fraunhofer IEM daher zusammen mit seinen Projektpartnern einen flexiblen Werkstückträger, der sich selbständig individuellen Produkteigenschaften wie Form, Gewicht und Steifigkeit anpasst.

Für Unternehmen ist die Gewährleistung von IT-Sicherheit eine vielschichtige Herausforderung. Daher ist das Ziel des Projektes AppSecure.nrw, ein Instrumentarium für die sichere Softwareentwicklung zu erarbeiten und in der Praxis zu evaluieren. Dabei sollen die Vorarbeiten und Forschungsergebnisse aus der Wissenschaft so weiterentwickelt und aufbereitet werden, dass Softwareentwicklerinnen und -entwickler sie direkt und unkompliziert selbst einsetzen können.

Das Forschungsprojekt AcRoSS zielt darauf ab, Augmented Reality speziell kleinen und mittleren Unternehmen zugänglich zu machen. Dazu werden im Projekt wiederverwendbare AR-Software-Bausteine entwickelt und auf einer Online-Plattform angeboten. Die Arbeitsschwerpunkte des Fraunhofer IEM liegen dabei in der Entwicklung von AR-Bausteinen sowie der Erarbeitung eines Referenzprozesses für die Integration von AR in das Produkt-Service-Portfolio von Unternehmen.

Mit Daten aus der Produktion Betriebsausfälle von Maschinen vorhersehen und sogar vermeiden: Das ist Ziel des Projekts »BOOST 4.0 – Big Data for Factories«, in dem das Fraunhofer IEM und Benteler im Spitzencluster it’s OWL eine Pilotfabrik zur industriellen Datenanalyse und -verwertung aufbauen.

Mit der Einführung neuer Technologien in Unternehmen gehen tiefgreifende Veränderungen einher. Um die Mehrwerte der Digitalisierung in der Arbeitswelt bestmöglich zu nutzen, ohne die Mitarbeitenden dabei aus dem Auge zu verlieren, erforscht das Fraunhofer IEM im Projekt AWARE die Einführung digitaler Technologien zur agilen Organisation, Personalentwicklung und für kognitive Assistenzsysteme.

Ansätze der künstlichen Intelligenz (KI) sind wesentlicher Innovationstreiber für die Produkte von morgen. Im Projekt KI-Marktplatz entsteht ein Ökosystem für Künstliche Intelligenz in der Produktentstehung. Dreh- und Angelpunkt des Ökosystems ist eine gleichnamige digitale Plattform. Die Plattform bringt KI-Experten, Lösungsanbieter und produzierende Unternehmen zusammen und fördert gemeinsame Innovationen.

Aufgrund begrenzter Ressourcen ist es kleinen und mittleren Unternehmen nicht immer möglich, das benötigte Fachwissen zur Beherrschbarkeit der Technologie zur additiven Fertigung aufzubauen. Im Rahmen des Projekts DigiKAM soll daher ein digitales Kollaborationsnetzwerk zur Erschließung der Potentiale additiver Fertigung entwickelt werden, das die verschiedenen Anwender und Dienstleister von Additive Manufacturing branchenübergreifend und effizient miteinander vernetzt.

Moderne Stahlwerkstoffe ermöglichen in Verbindung mit fortschrittlichen Fertigungstechnologien die Herstellung vieler Hochleistungsprodukte. Um Eigenschaften künftiger Bauteile schon beim Umformen gezielt einzustellen und eine manipulationssichere Kennzeichnung zu ermöglichen, arbeitet das Forschungsprojekt an einem intelligenten Drückwalzprozess. Forschungsschwerpunkt des Fraunhofer IEM ist hierbei die Entwicklung der Steuerungs- und Regelungstechnik, die das neue Umformen ermöglicht.

Automobilsysteme unterliegen einem radikalen Wandel sowohl in der Art der Zusammensetzung von Software und Hardware als auch in Bezug auf die Design- und Entwicklungsprozesse. PANORAMA hat das Ziel, modellbasierte Methoden und Werkzeuge zu entwickeln und offen bereitzustellen, welche die Entwicklung heterogener und komplexer E/E-Architekturen zwischen unterschiedlichen Partnern der automobilen Wertschöpfungskette effizienter gestalten.

Simulationstechnik, als Teil des Model-Based Systems Engineering, ist geprägt von einer Vielzahl an Tools, die es im Rahmen einer effizienten Systementwicklung zusammenzubringen gilt. Im Projekt »Simulationsmodelle für elektrische Antriebstechnik« arbeitet das Fraunhofer IEM im Auftrag der Forschungsvereinigung Antriebstechnik (FVA) gemeinsam mit einem Industriekreis an der Etablierung eines Standards, um erstmals elektrische Antriebe herstellerübergreifend zu simulieren.

Automatisierte und sehr komplexe Produktionsanlagen sorgen heutzutage für eine effiziente Herstellung von Kleingebäck. Das Forschungsprojekt SensoBack zielt darauf ab, den Ausschuss in der Gebäckproduktion zu reduzieren und die Produktqualität zu steigern. Das Fraunhofer IEM hat dazu die Kommunikation zwischen Sensorik und Anlagen aufgebaut und technische Kommunikationsstandards geschaffen.

Mit Industrie 4.0 bahnt sich für produzierende Unternehmen ein grundlegender Wandel in der Natur ihrer Wertschöpfung an. Allerdings ist es für Unternehmen schwierig, die faszinierenden Möglichkeiten, aber auch die Risiken von Industrie 4.0 zu überblicken und innovative Geschäftsmodelle zu entwickeln. Ziel des Projekts GEMINI waren daher tragfähige Geschäftsmodelle auf Basis der Chancen, die sich im Kontext von Industrie 4.0 ergeben.

Die Digitalisierung verändert nicht nur Produkte und Produktionssysteme, sondern hat auch Auswirkungen auf die Zusammenarbeit, auf Organisation, Arbeitsprozesse und -aufgaben. Im Forschungsprojekt »IviPep – Individualisierte virtuelle Produktentstehungsprozesse« entwickelt das Fraunhofer IEM daher ein Instrumentarium zur menschengerechten Neugestaltung der Arbeitswelt mit digitalen Technologien und Assistenzsystemen bei gleichzeitiger Effizienzsteigerung der Produktentstehung.

Die Modernisierung von veralteten Maschinen und Anlagen wird als Retrofit bezeichnet und geht oft mit der Digitalisierung gesamter Informations- und Bussysteme sowie der damit verbundenen Sensoren und Messinstrumente einher. Im Projekt Ressiar-MID forscht das Fraunhofer IEM an Problemstellungen, Sensorsystemen und Lösungsansätzen, um individuelle Sensorprinzipien und Digitalisierungsarchitekturen für unterschiedliche Anwendungsfälle zu identifizieren.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert im Forschungsschwerpunkt »5G: Industrielles Internet« innovative Technologien und intelligente Lösungen für die Kommunikation im Bereich Industrie 4.0. Ziel ist die Entwicklung anwenderfreundlicher und hochflexibler Kommunikationsnetze, insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen. Das Fraunhofer IEM untersucht im Rahmen der Begleitforschung die weltweiten Aktivitäten zur Standardisierung und Normierung, um die Kompatibilität von Schnittstellen und die Vereinbarkeit einzelner Lösungen sicherzustellen.

Der Einsatz künstlicher Intelligenz kann produzierenden Unternehmen helfen die Effizienz von Prozessabläufen sowie Lager- und Transportaktivitäten erheblich zu verbessern. In einem Konsortium aus Industrie und Forschung arbeitet das Fraunhofer IEM im Projekt IMAGINE an einer Optimierung der Kernbereiche Auftragsabwicklung, Transport und Lagerhaltung, um die hochkomplexe Intralogistik im Unternehmen zu optimieren.

Industrie 4.0 eröffnet Unternehmen vielfältige Möglichkeiten zur Leistungssteigerung. Gerade für kleine und mittlere Unternehmen gilt, nicht das grundsätzlich Mögliche einzuführen, sondern das für das Unternehmen Notwendige. Ziel ist die Entwicklung eines Instrumentariums, mit dem kleine und mittlere Unternehmen ihr Potenzial im Bereich Industrie 4.0 einschätzen sowie die Möglichkeit bekommen, die für sie relevanten Maßnahmen von Industrie 4.0 zu erkennen und auszuschöpfen.

Derzeit forcieren produzierende Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus vermehrt den Wandel vom Produkthersteller zum Serviceanbieter. Das Forschungsprojekt IMPRESS zielt darauf ab, Unternehmen auf dem Weg vom Produkthersteller zum Anbieter von Smart Services zu begleiten. Hierzu wird ein Referenzprozess entwickelt, der die Unternehmen bei der eigenen Transformation in den Dimensionen Mensch, Technik, Organisation und Business unterstützt.

Die Entwicklung von Raumfahrtprojekten stellt eine enorme ingenieurtechnische Herausforderung dar. Das ausgiebige Testen der Systeme ist von großer Bedeutung, auf der Erde jedoch nur schwer zu realisieren. Um Fehler frühzeitig zu erkennen, wird das Wissen verschiedener Fachdisziplinen in sogenannten virtuellen Testbeds zusammengeführt. Im Rahmen von INVIRTES werden Methoden entwickelt, um Testsituationen bestmöglich zu planen und in eine geeignete Teststrategie einzubetten, die sich an den Missionszielen orientiert.

Die Einführung von Automatisierungslösungen war für das Unternehmen MIT aufgrund geringer Stückzahlen bisher nicht attraktiv, da diese oftmals hohe Investitionen voraussetzen. Wie Industrie 4.0 in Form von flexiblen Automatisierungsmaßnahmen und kollaborativen Robotern (Cobots) auch Einzug in den Mittelstand halten kann, beweisen das Fraunhofer IEM und MIT in dem gemeinsamen Forschungsprojekt TALENTED. 

Arbeitswelt.Plus hat das Ziel, ein regionales Kompetenzzentrum der Arbeitsforschung aufzubauen und zu etablieren. Das Kompetenzzentrum soll Unternehmen durch die Kombination von KI-Forschung und KI-Anwendung sowie den Aufbau von Transferstrukturen dabei unterstützen, die Potenziale Künstlicher Intelligenz für die Arbeitswelt zu erkennen und zu nutzen.

Mit maschinellem Lernen wird aus Daten Wissen gewonnen und auf allen Stufen der Unternehmensprozesse eingebracht, um Mehrwerte zu generieren. Auf diese Weise können zum Beispiel Designprozesse verbessert, Produktschwachstellen identifiziert und Entwicklungen beschleunigt werden. Ziel des Projekts Maschinelles Lernen für die Produktion und deren Produkte (ML4Pro2) ist es, Unternehmen maschinelles Lernen für intelligente Produkte und Produktionsverfahren zugänglich zu machen.

Im Projekt LiONS (Lichtsensor-basierte Ortungs- und Navigationsdienste für autonome Fahrzeuge) wird ein System entwickelt, das Standortdaten aus dem Licht von LED-Leuchten in Hallen und Räumen ermittelt und dieses für die Navigation von autonomen Fahrzeugen nutzt. Das Fraunhofer IEM verantwortet im Sinne des Systems Engineerings die Konzeption des Gesamtsystems aus LED-Leuchten, Lichtsensoren und fahrerlosen Transportsystemen.

Die Luftverschmutzung steigt. Um die CO²-Belastung zu reduzieren, müssen Emissionen gesenkt werden – auch im Schiffsverkehr. Ziel des TrAM-Projekts ist es, eine neue Klasse emissionsfreier, modularer Highspeed-Passagierfähren zu entwickeln. Die erarbeiteten Methoden sollen Produktions- und Entwicklungskosten reduzieren und somit derartige Schiffe mit Elektroantrieb wettbewerbsfähig machen. Im Rahmen des Projekts wird die weltweit erste emissionsfreie, elektrisch betriebene Highspeed-Passagierfähre gebaut.

Durch die Anbindung von Fahrzeugen an die Cloud können Fahrzeuge vermehrt zum Ziel von Cyberangriffen werden. Eine Lösung besteht darin, eine standardisierte Car-to-Cloud-Verbindung zu etablieren, die offen für externe Anwendungen und Open-Source-Software ist, ohne dabei die Anforderungen an Security und Safety zu vernachlässigen. Das Fraunhofer IEM entwickelt dazu im Projekt APPSTACLE eine wirksame Absicherung der In-Car-Plattform gegenüber unbefugten Zugriffen durch sogenannte Intrusion Detection Systeme.

Digitale Plattformen haben ihre Branchen im B2C-Bereich verändert. Dieser Wandel kommt zunehmend auch auf B2B-Märkte zu. Um wettbewerbsfähig zu bleiben und Erlöse über den reinen Produktverkauf hinaus zu erzielen, müssen produzierende Unternehmen ihre Produkte daher immer stärker mit Services verzahnen. Ziel des Projekts DigiBus ist es, dazu die Potenziale digitaler Plattformen für Unternehmen zu erschließen.

Produkte aus Produktions- oder Fördertechnik sowie der Intralogistik werden zunehmend variantenreicher und individualisierter. Die Folge sind sinkende Losgrößen bei steigenden Auftragszahlen und erhöhter Komplexität der Daten- und Informationsverarbeitung. Im Projekt »ProSeCo« werden Produktdaten eingesetzt, um Antriebsregelungen intelligenter zu machen und dadurch Fertigung und Intralogistik flexibler gestalten zu können.