zurück

Advanced Systems Engineering für die Arbeitsgestaltung von Cyber-technischen Systemen (CyberTech)

0 Projekt-Favoriten

Stellen Sie sich Ihre individuelle Projektübersicht zusammen.

Favoriten anzeigen
Neue Wege der Zusammenarbeit von Technik und Mensch bei der agilen Produktentwicklung Neue Wege der Zusammenarbeit von Technik und Mensch bei der agilen Produktentwicklung

Forschungsziel: Ziel des Forschungsprojekts CyberTech war die Erarbeitung von geeigneten, softwarebasierten Werkzeugen zur Informationsintegration im Entstehungsprozess von Maschinen und Anlagen. Dabei spielte die menschzentrierte Arbeitsgestaltung, basierend auf digitalisierten Prozessen und Methoden, eine maßgebliche Rolle innerhalb der Organisation von Unternehmen. Durch Schulungskonzepte und Gestaltungshinweise konnten Mitarbeitende unterstützt und Arbeitsabläufe optimiert werden. Die prototypische Umsetzung erfolgte durch den Aufbau sowie die virtuelle und physische Inbetriebnahme von Demonstratoren in der Medizintechnik. Durch die erarbeiteten sozio-technischen Methoden, Schulungskonzepte und Leitfäden kann die Komplexität zukünftiger Entwicklungsprozesse für selbstoptimierende Maschinen bzw. Dienste menschzentriert beherrscht werden. Die Erkenntnisse werden darüber hinaus in wissenschaftlichen Lehr- und Lernlaboren für die Aus- und Weiterbildung vor allem für KMU zugänglich gemacht.

Ansprechperson Projektkoordination

Dr. Sven Kleiner
+49 6151 7376-133
sven.kleiner@em.ag

Ansprechperson bei PTKA

Dipl.-Ing. Stefan Scherr
+49 721 608-25286
stefan.scherr@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung
Die ausgeprägte, vernetze Entwicklungsarbeit über den gesamten Produktlebenszyklus und über Unternehmensgrenzen hinweg sowie eine an den Produktentstehungsprozess angepasste Arbeitsorganisation erfordern eine angepasste Herangehensweise. Beispielsweise verstärkt der vermehrte Einsatz von Sensorik in Maschinen und Anlagen die Komplexität des Produktentstehungsprozesses von neuartigen Maschinen und Anlagen zu cyber-physischen Systemen. Bei diesen stehen nicht nur die konstruktive Auslegung sowie Automatisierungstechnik im Fokus, sondern auch der zunehmende Austausch sowie die Analyse vorhandener und verteilter Daten, beispielsweise für eine vorausschauende Wartung und neuartige Dienstleistungskonzepte. Damit ein Zusammenspiel von Nutzern, Monteuren und Entwicklern reibungslos funktionieren kann, waren dazu geeignete Methoden und neue Schulungsmaßnahmen bereitzustellen.

Projektziel
Ziel des Forschungsprojekts CyberTech war die Erarbeitung von geeigneten, softwarebasierten Werkzeugen zur Informationsintegration im Entstehungsprozess von Maschinen und Anlagen. Dabei spielte die menschzentrierte Arbeitsgestaltung, basierend auf digitalisierten Prozessen und Methoden, eine maßgebliche Rolle innerhalb der Organisation von Unternehmen. Durch Schulungskonzepte und Gestaltungshinweise konnten Mitarbeitende unterstützt und Arbeitsabläufe optimiert werden.

Vorgehensweise
Dies erforderte eine systematische Analyse bereits bestehender Arbeitsumgebungen und die Ableitung von Gestaltungsmöglichkeiten am Beispiel der Medizintechnik. Einerseits wurden auf der organisatorischen Ebene, z. B. mittels agiler und interdisziplinärer Teams, neuartige Arbeitsformen entwickelt und erprobt. Andererseits wurden zur besseren Qualifizierung aller Beteiligten, beispielsweise Schulungsangebote im Bereich arbeitsorientiertes Lernen definiert und in Leitfäden erfasst. Mit Sensordaten aus der späteren Nutzungsphase wurde beispielsweise ein Digitaler Zwilling erzeugt, welcher zur weiterführenden Produktoptimierung verwendet wurde. Unter Verwendung von KI-Methoden wurden hierzu entsprechende Softwarebausteine entwickelt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die prototypische Umsetzung erfolgte durch den Aufbau sowie die virtuelle und physische Inbetriebnahme von Demonstratoren für die Medizintechnik. Durch die erarbeiteten sozio-technischen Methoden, Schulungskonzepte und Leitfäden konnte die Komplexität zukünftiger Entwicklungsprozesse für selbstoptimierende Maschinen bzw. Dienste menschzentriert beherrscht werden. Die Erkenntnisse wurden darüber hinaus in wissenschaftlichen Lehr- und Lernlaboren für die Aus- und Weiterbildung vor allem KMU zugänglich gemacht. Zudem wurden die Ergebnisse über Verbände und Arbeitsgruppen verbreitet sowie für die Fachöffentlichkeit publiziert.

Projektpartner
  • :em engineering methods AG
  • ESI Germany GmbH
  • Mechatronic Medical Engineers GmbH
  • SysDICE GmbH
  • Technische Universität Darmstadt
  • Woco Industrietechnik GmbH
Publikationen
Titel: Method for direct end customer integration into the agile product development (CyberTech)
Akronym: CyberTech
Autor: Humpert, L.; Röhm, B.; Anacker, H.; Dumitrescu, R.; Anderl, R.;
Verlag: Elsevier B.V. Elsevier B.V.
Veröffentlicht im Jahr: 2022
Agile product development methods help to reduce the product development time. The resulting shorter time-to-market ensures a company’s competitiveness. For a time-reduced development process and product lifecycle, the response time to end customer requirements must be decreased as product complexity increases. This requires special methods and tools for customer integration into the agile product development process. Existing approaches do not meet these requirements and an analysis of tools and methods for customer integration and a new method for customer integration is needed. The core of the work is developing a new method for customer integration into the agile product development process through customer surveys. The method includes two separate use cases for this purpose. Use case one considers customer integration regarding the overall product structure, whereas use case two considers customer integration in selecting specific development concepts. Both use cases include physical and virtual products. The connection of the method to agile product development identifies the results as new tasks. It is possible to run the 28-hour method several times within a sprint. In an exemplary case, the method is implemented in a software tool, tested with 130 end customers and verified by the requirements.
Titel: CyberTech_CyberTech – Advanced Systems Engineering für die Arbeitsgestaltung von Cyber-technischen Systemen
Akronym: CyberTech
Autor: Kleiner, S. et al.
Herausgeber: Kleiner, S. (Hrsg.)
Verlag: TU Darmstadt TU Darmstadt
Veröffentlicht im Jahr: 2024
Die moderne Systementwicklung steht vor den Herausforderungen eines steigenden Softwareanteils, zunehmender Vernetzung von Systemen und verkürzter Produktlebenszyklen. Advanced Systems Engineering (ASE) hat sich als Antwort auf diese Dynamik etabliert und erfordert eine integrative Betrachtung der Aspekte Mensch, Technik und Organisation für moderne Produktentwicklungsprozesse. Das Verbundprojekt CyberTech erforscht die Vision von ASE im soziotechnischen Kontext und erarbeitet Bausteine für Schlüsseltechnologien, Befähigungskonzepte und Einführungsstrategien. Dieser Beitrag skizziert das Leitbild einer ganzheitlichen ASE-Strategie für die Säulen Mensch, Technik und Organisation.
Titel: Development of a Guideline for the Sensor Layout Plan (CyberTech)
Akronym: CyberTech
Autor: Steinbach, T.; Röhm, B.; Anderl, R.;
Veröffentlicht im Jahr: 2022
With the increasing relevance of Industry 4.0 and the associated data-based processes, efficient and structured data collection is becoming increasingly important. Currently, sensors are used in a large majority of industries to enable automation processes and to check product quality. The collected data is evaluated directly in the plant to control processes. Apart from this, other production and usage data are in most cases either not collected at all or not collected in a targeted manner. This is because manufacturing companies are often more focused on the purely functional aspects of a plant and attach too little importance to the potential of data.However, the targeted collection and processing of data will become increasingly important in the future. Some application examples of this are the digital twin, condition monitoring, predictive maintenance or remote access. These applications can significantly optimize industrial production processes concerning the three most important factors of time, cost and quality. The basis of these and other applications is data that must be collected, transmitted and processed in a targeted manner. The aspect of targeting is important so that no relevant data is missing for the intended purposes and sensors have to be retrofitted at great expense. With a view to sustainability, on the other hand, unnecessary data should not be transmitted and stored, so that networks and databases are not unnecessarily burdened.To be able to collect data purposefully, appropriate sensors must be available. Since the retrofitting of such sensors is complex, expensive and sometimes not possible afterwards, the type, number and position of the necessary sensors should already be considered during product and system development. Since there is currently no standardized procedure regarding efficient sensor planning for the development department, it's necessary to develop a guideline for this area that supports the employees. The result of this development on the one hand is the guideline, which suggests and accompanies an efficient procedure for sensor planning. On the other hand, it is the Sensor Layout Plan (SLP) itself, which as a standardized document focuses on the sensor technology in products and plants and maps all relevant information in a holistic approach.The guideline for the SLP is based on a structured approach. It includes a holistic analysis of sensor needs and a model-based methodology for planning sensor selection and placement in products or plants. First step in creating an SLP according to the developed guideline is to analyze the required data and planned data usage. The company's business model plays a primary role. In the second step, the current actual and currently possible data collection is analyzed. Then the selection of the required instruments for data collection takes place. Besides sensors, calculations, for example based on artificial intelligence, or simulations are also possible. After the selection of the sensor technology, the placement and positioning are considered in the hardware and in the software. The topic of data storage and management is considered conclusively.
Titel: Guidelines for systematic functional decomposition in model-based systems engineering (CyberTech)
Akronym: CyberTech
Autor: Kaspar, J.; Cioroi, N.; Bauch, M.; Kleiner, S.;
Herausgeber: IEEE Xplore - digitale Forschungsdatenbank
Veröffentlicht im Jahr: 2022
The increasing complexity in today’s products require an ever more systematic product development process in which the use of model-based systems engineering (MBSE) plays an increasingly decisive role, especially against the background of cross-disciplinary collaboration. Having evaluated the actual state of the art, many companies still have true difficulties when modeling the functional architecture with the help of actual approaches. Thus, a new procedure with concrete guiding rules and control criteria to strategically define and decompose functions for the two perspectives a greenfield and brownfield environment is theoretically introduced and partly applied to a practical example.
Titel: Conceptualizing an Academic Teaching and Learning Laboratory for Systems Engineering (CyberTech)
Akronym: CyberTech
Autor: Karasek, O.; Arslanparcasi, Y.;
Verlag: AHFE International, USA AHFE International, USA
Veröffentlicht im Jahr: 2023
In an increasingly complex world of goods and services, as well as in the context of digitalization and Industry 4.0, previous product development for intelligent technical systems is reaching its limits. Due to shorter product life cycles, increasing complexity and a growing number of product variants, along with growing demands on the part of stakeholders, etc., new approaches to development are required (Czaja et al., 2017; Haberfellner et al., 2021). However, the use of new development approaches, such as advanced systems engineering (ASE), is accompanied by far-reaching changes for the organization and all people involved. ASE combines methods for system consideration and for requirements management with AI-influenced engineering processes in which all relevant information – from the business idea to market success – is integrated into the development process across disciplines in order to efficiently design the development of complex cyber-physical systems (Dumitrescu et al., 2021). Such new development approaches require a redesign of work organization, as well as versatile competencies and skillsets going beyond classical engineering. Advanced soft skills and new work competencies such as communication, teamwork and agile work methods become more important for example through the introduction of flat hierarchies or cross-functional work structures. Thus, new competencies and qualifications for future engineers are necessary for product development. Against this backdrop, the expansion of targeted competency management and higher education in the engineering sciences must adequately take these developments into account. This is because successful adaptation and transformation of companies in value creation is largely determined by their ability to build up the right competencies as well as to use existing competencies of employees and to develop them in a targeted manner (North et al., 2018). In this paper we outline the required competencies for engineers in the context of advanced systems engineering and derive a novel empirical competency model. Based on this empirical model, possibilities for the conceptualization of competency measures through the framework of constructive alignment at the academic level are presented.
Titel: Development of an Information Model for Simulation Data Management in the Digital Twin (CyberTech)
Akronym: CyberTech
Autor: Röhm, B.; Anderl, R.; Schleich, B.;
Verlag: Elsevier B.V. Elsevier B.V.
Veröffentlicht im Jahr: 2023
This paper presents an information model for the association of Computer-Aided Engineering (CAE) behavior models and sensor-based simulation data under consideration of UML-association classes and artifacts of model-based testing (MBT). This scientific work extends the concept of the Digital Twin, consisting of a Digital Master and a Digital Shadow, by the entity of a Simulation Data Management in the Digital Twin (SDM-DT). The required information model of the SDM-DT represents the association between simulation data and simulation models and builds the foundation for the model-based management of simulation conditions for aggregating simulation load cases for predictive use cases. The information model is implemented for a 3D printing use case.
Titel: CyberTech_Expertenvideos zu "Advanced Systems Engineering" im YouTube-Kanal des Fraunhofer IEM
Akronym: CyberTech
Autor: Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Veröffentlicht im Jahr: 2021
Eine neue Perspektive für die Wertschöpfung von morgen. In den Forschungsprojekten der Fördermaßnahme „Beherrschung der Komplexität soziotechnischer Systeme – Ein Beitrag zum Advanced Systems Engineering für die Wertschöpfung von morgen (PDA_ASE)“ wird das zukünftige Engineering durch eine Vernetzung und Unterstützung der Aktivitäten des Advanced Systems Engineering (ASE) in Wissenschaft und Wirtschaft erforscht und gestaltet. Advanced Systems Engineering ist ein breites Themenfeld, in dem Technologien, Methoden und Kompetenzen aus verschiedenen Domänen zusammengeführt werden müssen. In mehreren Videos sehen Sie, was unsere Experten dazu sagen. Die Themen: - Advanced Systems Engineering: Auswirkungen auf Organisation und Mensch - Advanced Systems Engineering: einfach erklärt - Advanced Systems Engineering: Ein Leitbild für das Enineering für morgen - Advanced Systems : Engineering neu denken - Advanced Systems: Marktleistungen von morgen - Systems Engineering: Komplexität managen
Titel: CyberTech_Advanced Systems Engineering - neue Videos aus den geförderten Verbundprojekten
Akronym: CyberTech
Veröffentlicht im Jahr: 2023
Informieren Sie sich über neueste Erkenntnisse aus den Verbundprojekten der Förderrichtlinie "Advanced Systems Engineering" und vernetzen Sie sich auf der ASE Community Plattform. Die Kurzvideos aus den geförderten Verbundprojekten informieren über aktuelle Themen des "Advanced Systems Engineering".
Titel: CyberTech_Strategie Advanced Systems Engineering
Akronym: CyberTech
Autor: Fraunhofer IEM
Herausgeber: Fraunhofer IEM
Veröffentlicht im Jahr: 2022
Am Standort Deutschland müssen Unternehmen komplexe technische und soziotechnische Systeme professionell entwickeln und schnell zum nachhaltigen Markterfolg bringen können. Dazu braucht es eine strategische Neuausrichtung des Engineerings. In der Strategie wird gezeigt, wie diese Neuausrichtung von Politik, Unternehmen und Wissenschaft eingeleitet werden kann.
Titel: CyberTech_Erfolgsgeschichten im Advanced Systems Engineering
Akronym: CyberTech
Autor: Steglich, S.; Tekaat, J. (Autoren) / Albers, A.; Dumitrescu, R.; Gausemeier, J.; Lindow, K.; Riedel, O. (Hrsg.)
Herausgeber: acatech München
Verlag: Copyright © acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften Copyright © acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften
Veröffentlicht im Jahr: 2024
Die herunterladbare Broschüre will interessierten Unternehmen die Einführung einiger Methoden und Werkzeuge für ASE beispielhaft nahebringen. Damit richtet sie sich insbesondere an Fachleute und Führungskräfte aus der Wirtschaft, die sich für ASE interessieren und sich zukünftig damit befassen möchten. Sie enthält elf Erfolgsgeschichten von Unternehmen aus verschiedenen in der Fördermaßnahme "Beherrschung der Komplexität soziotechnischer Systeme – Ein Beitrag zum Advanced Systems Engineering für die Wertschöpfung von morgen" vom BMBF geförderten Verbundprojekten. Diese zeigen, welche Wege mit ASE beschritten worden sind und wie die, Unternehmen davon profitieren konnten. Gemeinsam ist den Unternehmen, dass sie ihre Herangehensweise im Engineering deutlich verbessern und damit innovative Systeme mit einem zunehmenden Grad an Komplexität effizient entwickeln konnten. Einige Unternehmen konnten so erstmalig ein digitales Produkt- Service-System (beziehungsweise Advanced System) entwickeln. Die Voraussetzungen der vorgestellten Unternehmen waren also höchst unterschiedlich: Das Spektrum reicht vom Handwerksbetrieb ohne jede Digitalisierungserfahrung bis zum technologisch führenden Großunternehmen. Die einzelnen Praxisbeispiele zielen daher nicht auf die Darstellung eines vollumfassend umgesetzten ASE-Leitbilds oder eines vollständigen Engineering-Prozesses (siehe Bild 1) innovativer Marktleistungen ab. Vielmehr handelt es sich dabei um eine Auswahl, die zeigen soll, welche ASE-Methoden und Tools dazu beitragen können, das Engineering in verschiedenen Unternehmenstypen zu verbessern und was dabei zu beachten ist. Die Originalfassung der Publikation ist verfügbar auf der Plattform www.advanced-systems-engineering.de

Ihre Favoriten

In der folgenden Liste sehen Sie Ihre ausgewählten Projekt-Favoriten.