Forschungsbereich Scientific Automation

KI als Chance: Darum ist Vertrauen in neue Technologien so wichtig

Interview-Auszug mit Prof. Ansgar Trächtler und Dr.-Ing. Christian Henke

In unserem Forschungsbereich Scientific Automation fokussieren wir neuste Methoden und Technologien der Automatisierungstechnik. Der steigenden Komplexität technischer Systeme begegnen wir mit virtueller Modellbildung und Simulation: So überprüfen und perfektionieren wir Prozesse digital, lange bevor sie real umgesetzt werden. Prof. Dr.-Ing. Ansgar Trächtler, Leiter des Fraunhofer IEM und Abteilungsleiter Dr.-Ing. Christian Henke geben einen Einblick in aktuelle Themen des Forschungsbereichs.

Der Forschungsbereich Scientific Automation bringt Automatisierungskonzepte aus der Wissenschaft in die unternehmerische Praxis. Was steckt genau dahinter?

Ansgar Trächtler: In der Automatisierungstechnik klafft im Technologietransfer eine auffällig große Lücke: Hier kommt das Fraunhofer IEM ins Spiel! Unsere Aufgabe ist es, gemeinsam mit Unternehmen das nötige Know-how für Automatisierungslösungen aufzubauen. Gerade kleine und mittlere Unternehmen müssen oft mühsam Kapazitäten und Mittel dafür freimachen: Hier unterstützen wir mit pragmatischen Lösungen wie der Teilautomatisierung.

Zitat von Ansgar Trächtler
© Fraunhofer IEM

Das Thema Trusted KI – also zuverlässige Künstliche Intelligenz - hat im Forschungsbereich enorm an Bedeutung gewonnen. Woher kommt der Bedarf, sich diesem Thema zu widmen?

Christian Henke: Erstens stellen wir noch viele Forschungslücken in dem Thema fest. Zweitens sehen wir den großen Bedarf der Industrie: Unternehmen wollen KI-Anwendungen nutzen. Wenn die Technologie aber nicht stabil läuft, wird das Thema schnell ad Acta gelegt – und jede Menge Potenzial liegengelassen. Unser Ziel ist es, KI-Anwendungen stabiler und robuster zu machen. Zusätzlich forschen wir am Thema erklärbare Künstliche Intelligenz: es geht darum, Technologien besser zu verstehen und Vorbehalte zu nehmen. Unternehmen sollen KI als Chance erkennen und noch viel effizienter nutzen. Hierzu arbeiten wir im it’s OWL-Forschungsprojekt ExplAIn.

Zitat von Christian Henke
© Fraunhofer IEM

Warum sollten sich Unternehmen gerade heute mit Automatisierungslösungen beschäftigen?

Christian Henke: Natürlich zeigen die weltweite Pandemie oder aktuelle Handelskrisen die offenen Flanken vieler Branchen. Wir stellen uns derzeit mit vielen Unternehmen die Frage, wie wir mit Automatisierungstechnik Herausforderungen wie die Sicherstellung von Lieferketten und Optimierung von Produktionsressourcen und Arbeitskräftemangel begegnen können. Dabei werden unsere Lösungen auch für neue Branchen wie die Lebensmitteltechnik interessant.  

Ansgar Trächtler: Eine weitere Herausforderung langfristiger Natur ist das Thema Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz: Unternehmen müssen in Zukunft zuverlässig nachweisen können, welchen CO2-Fußabdruck nicht nur ihre Produkte, sondern ihre gesamte Wertschöpfung verursachen. Für Unternehmensstrategien bedeutet dies, die Themen Unternehmertum und Gemeinwohlorientierung noch stärker zu vereinen. Unternehmenslenker:innen müssen sich der globalen und langfristigen Auswirkungen des eigenen Wirtschaftens bewusst werden.

Automatisierungstechnologien liefern auch Lösungen für die Herausforderung Nachhaltigkeit. Gibt es hier konkrete Projekte?

Christian Henke: Im Projekt DENERGETIC entwickeln wir ein intelligentes Energiemanagement-System mit der Leitfrage: Wie kann man innerhalb einer ganzen Siedlung der Energieverbrauch bestmöglich ressourceneffizient managen? Wichtig ist dabei ein ganzheitlicher Ansatz. Von der Stromproduktion, über den Lieferanten bis hin zu den Privathaushalten muss das System Energie als Ganzes gedacht werden.  

Ansgar Trächtler: Grundsätzlich diskutieren wir viel mit Unternehmen, wie sie den Aspekt Nachhaltigkeit in ihre Wertschöpfung integrieren können. Beispielfrage: Wie können Sie ihre Produkte, Materialien und Produktionsprozesse so konzipieren, dass Reparatur und Austausch einzelner Teile wieder möglich ist? Großes Interesse haben wir etwa am Konzept des Digitalen Grünen Zwilling: Zusammen mit HELLA wollen wir erforschen, wie man Energiebedarfe während der Produktentstehungsphase und über den gesamten Produktlebenszyklus abbilden kann.  

Ein Blick über den Tellerrand: Gibt es neue Anwendungsfelder für den Forschungsbereich Scientific Automation?

Christian Henke: Die Mensch-Maschine-Interaktion ist beispielsweise ein Feld mit zahlreichen neuen Anwendungsfeldern – etwa im Bereich Assistenz und Service oder auch für Pflege und Privatanwendungen. Unsere Robotiklösungen sollten flexible und resiliente Produktionssysteme ermöglichen. Auch die Themen Robotik am Bau und Robotik in Kombination mit fahrerlosen Transportsystemen sind extrem spannende Forschungsfelder. Es gibt also viel zu tun!  

Organisation

Abteilung Scientific Automation

Die Abteilung Scientific Automation gliedert sich in die vier Gruppen Trusted Machine Intelligence, Automatisierungstechnik, Fahrzeugtechnik und Smart Home. Gemeinsam realisieren wir innovative mechatronische Systeme für die unterschiedlichen Branchen. Dabei nutzen wir Methoden der modellbasierten Entwicklung und arbeiten diese individuell weiter aus. Die Beherrschung etablierter Technologien und deren Weiterentwicklung ist für uns selbstverständlich. Aus der Kombination innovativer Methoden und Technologien schaffen wir individuelle, industrietaugliche Lösungen mit den Stoßrichtungen Effizienzsteigerung von Entwicklungsprozessen, ressourcenschonende Maschinen- und Anlagen sowie Systemvernetzung.

Unsere Forschungsgruppen

Trusted Machine Intelligence

Die Gruppe Trusted Machine Intelligence verbindet bewährte Methoden der Mechatronik und Regelungstechnik mit datengetriebenen KI-Ansätzen. Dadurch entstehen vertrauenswürdige und zuverlässige intelligente Systeme für Produktion und mechatronische Produkte: Sie kontrollieren selbstständig ihr Lernverhalten, schätzen eigene Kompetenzen kritisch ein, erklären Entscheidungen und lassen sich zielgerichtet von Menschen helfen.

Automatisierungstechnik

Die Gruppe Automatisierungstechnik entwickelt wandlungsfähige Lösungen für Cyber-Physikalische Systeme und Industrie 4.0. Die ganzheitliche Systementwicklung umfasst Hardware sowie Steuerungs- und Regelungstechnik und schafft optimal aufeinander abgestimmte Teilsysteme. So entstehen Lösungen für Robotik, Messtechnik, Condition-Monitoring, innovative Aktuatorik sowie für die Vernetzung von Anlagen und die virtuelle Inbetriebnahme.

Fahrzeugtechnik

Die Gruppe Fahrzeugtechnik analysiert und entwickelt fahrzeugspezifische mechatronische Systeme, Funktionen und Komponenten. Die Mitarbeiter unterstützen u. a. die Entwicklung von Steuergeräten, Sensorsystemen sowie Fahrwerken und bereiten Unternehmen auf zukünftige Herausforderungen vor. Um neue Technologien ganzheitlich zu beherrschen, wird eine systematische Herangehensweise genutzt. Systeme werden virtuell und real entworfen und untersucht – von den Anforderungen über Simulationsmodelle bis hin zu Testautomatisierung und Prüfstandsaufbauten.

Smart Home

Die Gruppe Smart Home entwickelt intelligente Systeme im Bereich der Haustechnik. Hierzu zählt sowohl die Entwicklung innovativer Technologien, als auch die Steuerungssysteme zur Integration der kognitiven Funktionen. Im Fokus steht hierbei stets die Integration effizienter Entwicklungsmethoden in den Entwicklungsprozess, welche wir auch als X-in-the-Loop-Technologien bezeichnen. So entstehen intelligente Systeme im Smart Home, die durch die systematische Anwendung digitaler Entwicklungsmethoden effizient realisiert werden.

Unsere Labore

 

Mechatronic Testing Lab

Stellen Sie Ihre Innovationen auf den Prüfstand und testen Sie sie unter reproduzierbaren Bedingungen.  

 

Robotics Lab

Erleben und testen Sie Robotik- und Automatisierungslösungen für Ihre industrielle Anwendung. 

Einblicke in unsere Forschung

Cobot-Assistenz in der Montage

Schwere körperliche oder monotone Arbeiten werden in der Industrie zunehmend von kollaborativen Robotern (Cobots) übernommen. Auf der Hannover Messe präsentierten wir, wie ein Cobot bei der Baugruppenmontage nachgelagerte Arbeitsschritte übernimmt und den Werker entlastet.  

Kollaborative Robotik ohne Programmieraufwand

Bisher manuell durchgeführte Schweißarbeiten lassen sich mit sensorgeführten kollaborativen Robotern (Cobots) auch bei kleinen Stückzahlen wirtschaftlich automatisieren. Programmierkenntnisse des Werkers sind dazu nicht nötig.

Fertigungsautomatisierung bei Losgröße 1

Hoher Variantenvielfalt bei gleichzeitig kleinen Produktionsmengen? Anhand eines kollaborativen Industrieroboters zeigen wir Ihnen wie eine Automatisierung von Fertigungsprozessen z.B. im Sondermaschinenbau auch bei Losgröße 1 gelingt.

Interaktiver, virtueller Prototyp einer Backstraße

Wie werden »Berliner« hergestellt? Das Video zeigt einen aufgezeichneten Kameraflug entlang des virtuellen Herstellungsprozesses und gibt einen detaillierten Einblick in die Produktionsabläufe des beliebten Gebäcks.

Ausgewählte Publikationen im Kontext Scientific Automation

 Eine vollständige Liste unserer Publikationen finden sie hier  

2021

Riepold, Markus; Arian, Bahman; Rozo Vasquez, Julian; Homberg, Werner; Walther, Frank; Trächtler, Ansgar: Model approaches for closed-loop property control for flow forming. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering, 3, Nov. 2021
Rozo Vasquez, Julian; Arian, Bahman; Riepold, Markus; Homberg, Werner; Trächtler, Ansgar, Walther, Frank: Magnetic Barkhausen Noise Analysis for Microstructural Effects Separation during Flow Forming of Metastable Austenite 304L. 11th International Workshop NDT in Progress, Okt. 2021
Lenz, Cederic; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Anomaly detection in hot forming processes using hybrid modeling. 2021 26th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), IEEE, Sep. 2021.
Ehlert, Meik; Michael, Jan; Henke, Chrstian, Trächtler, Ansgar; Kalla, Matthias; Bagaber, Bakr; Ponick, Bernd; Mertens, Axel: Connecting Energy Storages from Tool Independent, Signal-flow Oriented FMUs. Proceedings of the International Conference on SMACD and 16th Conference on PRIME, S. 164-167, Jul. 2021
Arian, Bahman; Homberg, Werner; Rozo Vasquez, Julian; Walther, Frank; Riepold, Markus; Trächtler, Ansgar: Forming of metastable austenitic stainless steel tubes with axially graded martensite content by flow-forming. In: 24th International Conference on Material Forming, Apr. 2021.
Poddubnyi, Vladimir I.; Trächtler, Ansgar; Warkentin, Andreas; Henke Christian: Model of a Triangular Caterpillar Drive and Analysis of Vertical Vehicle Dynamics. Russian Engineering Research, 41(3), S. 198-201, Apr. 2021
Bader, Fabian; Bathelt, Lukas; Djakow, Eugen; Homberg, Werner; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Innovative Measurement Of Stress Superposed Steel Strip For Straightening Machines. In: ESAFORM 2021, 24th International Conference on Material Forming, Apr. 2021
Schütz, Stefan; Rüting, Arne Thorsten; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Echtzeitfähige Planung optimierter Trajektorien für sensorgeführte, kinematisch redundante Robotersysteme auf einer Industriesteuerung. at-Automatisierungstechnik, 69(3), S. 231-241, Mrz. 2021
Schütz, Stefan; Elsner, Nikolaus; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Kraftsensitive Kalibriermethode für Industrieroboter. In: Fachtagung VDI MECHATRONIK 2021, Mrz. 2021
Bader, Fabian; Bathelt, Lukas; Djakow, Eugen.; Homberg, Werner; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Self-optimized, Intelligent Open-Loop-Controlled Steel Strip Straightening Machine for Advanced Formability. In: Forming the Future, S. 3-11, Springer, Cham. Jan. 2021

2020

Rozo Vasquez, Julian; Arian, Bahman; Riepold, Markus; Homberg, Werner; Trächtler, Ansgar; Walther, Frank: Microstructural investigation on phase transformation during flow forming of the metastable austenite AISI 304. In: Metallographie-Tagung, Saarbruecken Germany, S. 75-81, Sep. 2020
Schütz, Stefan; Rüting, Arne Thorsten; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Echtzeitfähige Planung optimierter Trajektorien für sensorgeführte, kinematisch redundante Mechanismen auf einer Industriesteuerung. In: Entwurf komplexer Automatisierungssysteme (EKA), Mai 2020
Poddubnyi Vladimir I.; Trächtler, Ansgar; Warkentin, Andreas; Henke, Christian: Mechanical and mathematical model of a caterpillar drive with a triangular contour for solving problems of vertical dynamics of a tracked vehicle (in russ.). Vestnik Mashinostroeniya, 12, S. 26-29, 2020

2019

Gräler, Manuel; Wallow, Astrid; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Assisted setup of forming processes: architecture for the integration of non-adjustable disturbances. Procedia CIRP, 81: S. 1348–1353, Mai 2019
Michael, Jan; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Decentralized Energy Management for Smart Home System of Systems. In: Syscon 2019 - The 13th Annual IEEE International Systems Conference, The 13th Annual IEEE International Systems Conference, Band 13 , S. 524-531, Apr. 2019 IEEE, IEEE SYSCON
Schütz, Stefan; Rüting, Arne Thorsten; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Regelung kollaborativer Robotersysteme zur benutzerfreundlichen, flexiblen Fertigung kleiner Losgrößen am Beispiel eines halbautomatischen Schweißvorgangs. In: Fachtagung Mechatronik 2019, Proceeding of the 13. VDI Mechatronik, Band 13 , S. 43-48, Paderborn, Mrz. 2019, VDI Mechatronik
Riepold, Markus; Maslo, Semir; Han, Ge; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Open-loop linearization for piezoelectric actuator with inverse hysteresis model. Vibroengineering PROCEDIA, 22: S. 47-52, Mrz. 2019
Kruse, Daniel: Teilautomatisierte Parameteridentifikation für die Validierung von Dynamikmodellen im modellbasierten Entwurf mechatronischer Systeme. HNI-Verlagsschriftenreihe, Band 388 , Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn, 2019
Rüting, Arne Thorsten; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Umsetzung einer echtzeitfähigen modellprädiktiven Trajektorienplanung für eine mehrachsige Hybridkinematik auf einer Industriesteuerung. at-Automatisierungstechnik, 67(4): S. 326–336 2019

2018

Trächtler, Ansgar: Ressourceneffiziente Selbstoptimierende Wäscherei. Springer Verlag, Springer, https://doi.org/10.1007/978-3-662-56390-8, Dez. 2018
Lankeit, Christopher; Michael, Jan; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Holistic Requirements for Interdisciplinary Development Processes. In: Proceedings 1st International Workshop on Learning from other Disciplines for Requirements Engineering, IEEE, S. 4-7, Dez. 2018
Drüke, Simon; Bicker, Rainer; Schullter, Bernd; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Rotordynamic instabilities in washing machines. In: Proceedings of the 10th International Conference on Rotor Dynamics - IFToMM. Vol. 2. International Conference on Rotor Dynamics - IFToMM, S. 383-397, Sep. 2018, Springer Nature Switzerland AG
Rüting, Arne Thorsten; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Umsetzung einer echtzeitfähigen Mehrgrößenoptimierung auf einer Industriesteuerung. In: EKA 2018 Entwurf komplexer Automatisierungssysteme - Beschreibungsmittel, Methoden, Werkzeuge und Anwendungen, Mai 2018, IFAK - Institut für Automation und Kommunikation e.V.
Pai, Arathi; Riepold, Markus; Trächtler, Ansgar: Model-based precision position and force control of SMA actuators with a clamping application. Mechatronics, 50, S. 303-320, Apr. 2018
Millitzer, Jonathan ; Mayer, Dirk; Jersch, Torben; Henke, Christian; Michael, Jan; Tamm, Christoph; Ranisch, Christopher: Recent Developments in Hardware-in-the-Loop Testing. In: IMAC-XXXVI Conference and Exposition on Structural Dynamics, Band XXXVI , Feb. 2018 Software Engineering Group, Society for Experimental Mechanics, Inc.
Holtkötter, Jens; Michael, Jan; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar; Bockholt, Marcos; Möhlenkamp, Andreas; Katter, Michael: Rapid-Control-Prototyping as part of Model-Based Development of Heat Pump Dryers. Procedia Manufacturing, 24: S. 235–242 2018

2017

Henke, Christian; Michael, Jan; Lankeit, Christopher; Trächtler, Ansgar: Virtuelle Inbetriebnahme eines Fertigungszentrums. In: Tag des System Engineering, S. 45-54, Nov. 2017, Gesellschaft für Systems Engineering e.V.
Kohlstedt, Andreas; Traphöner, Phillip; Olma, Simon; Jäker, Karl-Peter; Trächtler, Ansgar: Fast hybrid position / force control of a parallel kinematic load simulator for 6-DOF Hardware-in-the-Loop axle tests. In: 2017 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), S. 694–699, 3. - 7. Jul. 2017 IEEE, IEEE
Poddubnyi, Vladimir I.; Trächtler, Ansgar; Warkentin, Andreas; Krüger, Martin: Innovative Suspensions for Caterpillar Vehicles. Russian Engineering Research, 37(6), S. 485-489, Jun. 2017
Henke, Christian; Michael, Jan; Lankeit, Christopher; Trächtler, Ansgar: A Holistic Approach for Virtual Commissioning of Intelligent Systems. In: Systems Conference 2017, IEEE, Apr. 2017
Rüting, Arne Thorsten; Block, Eduard; Trächtler, Ansgar: Modellprädiktive Vorsteuerung für einen kinematisch redundanten hybridkinematischen Mechanismus im Industrieumfeld. In: Fachtagung Mechatronik 2017, Band 12, S. 250-255, Mrz. 2017, VDI Mechatronik
Michael, Jan; Hellweg, Alina; Henke, Christian; Trächtler, Ansgar: Dynamische Prozessplanung im Smart Home auf Basis von Mutliagentensystemen. In: Fachtagung Mechatronik 2017, Band 12, S. 18-23, Mrz. 2017, VDI Mechatronik
Papenfort, Josef; Bause, Fabian; Frank, Ursula; Strughold, Sebastian; Trächtler, Ansgar; Bielawny, Dirk; Henke, Christian: Scientifc Automation: Hochpräzise Analysen direkt in der Steuerung. In: Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme (WinTeSys) , 1. Jan. 2017, Verlagsschriftenreihe des Heinz Nixdorf Instituts, Paderborn 
Schweers, Christoph: Adaptive Sigma-Punkte- Filter-Auslegung zur Zustands- und Parameterschätzung an Black-Box- Modellen. Universität Paderborn, Heinz Nixdorf Institut, Regelungstechnik und Mechatronik, Jan. 2017
Poddubnyi, Vladimir I.; Trächtler, Ansgar; Warkentin, Andreas; Krüger, Martin: Mechanisch- mathematisches Modell eines Kettenfahrzeuges für die Entwicklung innovativer Antriebs- und Federungssysteme (auf russ.). Interbranch Scientific and Technical Magazine «Vestnik Mashinostroeniya» 3, S. 46-50, 2017

Das Thema ist auch für Sie interessant? Dann kontaktieren Sie uns gerne!

Ansgar Trächtler

Contact Press / Media

Prof. Dr.-Ing. habil. Ansgar Trächtler

Institutsleiter | Direktor Forschungsbereich Scientific Automation

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Zukunftsmeile 1
33102 Paderborn

Telefon +49 5251 5465-101

Christian Henke

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Christian Henke

Abteilungsleiter Scientific Automation

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Zukunftsmeile 1
33102 Paderborn

Telefon +49 5251 5465-126