CyberTech
Advanced Systems Engineering für die
Arbeitsgestaltung von Cyber-technischen Systemen
Projektbeschreibung
Das Projekt „CyberTech – Advanced Systems Engineering für die Arbeitsgestaltung von Cyber-technischen Systemen “ wird im Rahmen der „Beherrschung der Komplexität soziotechnischer Systeme – Ein Beitrag zum Advanced Systems Engineering für die Wertschöpfung von morgen (PDA_ASE)“ im Programm „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert. CyberTech ist offiziell am 01. Februar 2021 gestartet und soll planmäßig am 30.06.2024 beendet sein.
Die Konsortialpartner :em engineering methods AG, Mechatronic GmbH, SysDICE GmbH und TU Darmstadt arbeiten gemeinsam mit den assoziierten Partnern Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, ESI ITI GmbH und Woco Industrietechnik GmbH an geeigneten, softwarebasierten Werkzeugen zur Informationsintegration im Entstehungsprozess von Maschinen und Anlagen.
Die ausgeprägte, vernetze Entwicklungsarbeit über den gesamten Produktlebenszyklus und über Unternehmensgrenzen hinweg sowie eine an den Produktentstehungsprozess angepasste Arbeitsorganisation erfordern eine adaptierte 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 Verwertung vorhandener und verteilter Daten, beispielsweise für eine vorausschauende Wartung und neuartige Dienstleistungskonzepte. Damit ein Zusammenspiel von Nutzern, Monteuren und Entwicklern reibungslos funktionieren kann, sind dazu geeignete Methoden und neue Schulungsmaßnahmen bereitzustellen.
Projektziele
Ziel des Forschungsprojekts CyberTech ist die Erarbeitung von geeigneten, softwarebasierten Werkzeugen zur Informationsintegration im Entstehungsprozess von Maschinen und Anlagen. Dabei spielt die menschzentrierte Arbeitsgestaltung, basierend auf digitalisierten Prozessen und Methoden, eine maßgebliche Rolle innerhalb der Organisation von Unternehmen. Durch Schulungskonzepte und Gestaltungshinweise können Mitarbeitende unterstützt und Arbeitsabläufe optimiert werden. Die prototypische Umsetzung erfolgt durch den Aufbau sowie die virtuelle und physische Inbetriebnahme von Demonstratoren für den Maschinen- und Anlagenbau sowie 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 KMU zugänglich gemacht.
Projektabschluss
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, bestehend aus Unternehmen und wissenschaftlichen Einrichtungen, erforschte die Vision von ASE im soziotechnischen Kontext und erarbeitete Bausteine für Schlüsseltechnologien, Befähigungskonzepte und Einführungsstrategien. Im Rahmen der Abschlussveranstaltung zum Verbundprojekt wurde das Leitbild einer ganzheitlichen ASE-Strategie für die Säulen Mensch, Technik und Organisation sowie die Ergebnisse bestehend aus Konzepten, Lösungen und Demonstratoren vorgestellt und diskutiert. Vertreter der (assoziierten) Projektpartner und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) nahmen im Juni 2024 an der Veranstaltung in Darmstadt teil. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer zeigten sich beeindruckt von der Vielfalt der Lösungen und der pragmatischen Umsetzung in den beteiligten Unternehmen und Instituten.
Ein zentrales Ergebnis, welches exemplarisch für die Systementwicklung (SE) beim Industriepartner Mechatronic konzipiert und umgesetzt wurde, ist ein funktionsbasierter Ansatz für die agile Entwicklung medizintechnischer Geräte. Die Basis besteht aus speziellen Methoden, Modellen und IT-Tools unter Berücksichtigung von Mensch, Organisation und Technik (siehe Abbildung).
Darüber hinaus wurde der sogenannte DDP-Manager® als IT-Werkzeug für die Interoperabilität von verschiedenen Modellen und Artefakten wie Anforderungen, Systemmodelle, mCAD/eCAD-Modelle, Software, Simulationsmodelle, etc. für die Entwicklung cyber-technischer Systeme und für die interdisziplinäre Zusammenarbeit im Rahmen von Advanced Systems Engineering präsentiert. Damit wird zukünftig die Datendurchgängigkeit im Produktentstehungsprozess verbessert.
Der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) für das Advanced Systems Engineering wurde erprobt. So konnte am Beispiel des Entwicklungsprozesses von medizinischen Geräten gezeigt werden, dass die KI-gestützte Überprüfung von Produktanforderungen aus bestehenden Regelwerken großes Anwendungspotenzial besitzt, den Konstruktionsablauf zu erleichtern.
CyberTech hat ein Whitepaper zu Advanced Systems Engineering für die Arbeitsgestaltung von Cyber-technischen Systemen erstellt. Es bietet eine Übersicht zu den aktuellen Herausforderungen und zu der integrativen Betrachtung der Aspekte Mensch, Technik und Organisation für moderne Produktentwicklungsprozesse. Neben dem Leitbild werden die zentralen Ergebnisse des Verbundprojekts vorgestellt. Das Whitepaper kann kostenlos heruntergeladen werden.
Die gewonnenen Erkenntnisse aus dem Verbundprojekt werden darüber hinaus in wissenschaftlichen Lehr- und Lernlaboren an der Technischen Universität Darmstadt weitervermittelt.
Mit dem Abschluss des Projekts wird im November 2024 die Abschlussveröffentlichung zu CyberTech erscheinen, welche über die Projekthomepage publiziert wird und im Rahmen des Tags des Systems Engineering am 13.-15.November 2024 in Leipzig der Öffentlichkeit vorgestellt wird.
Mit einem Fördervolumen von rund 2,9 Mio. Euro und einer Laufzeit von über drei Jahren konnte CyberTech bedeutende Impulse für ASE setzen und die zukünftige Arbeitsgestaltung von Cyber-technischen Systemen voranbringen. Die Abschlussveranstaltung bildete somit einen erfolgreichen Schlusspunkt dieses Verbundprojekts.
Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt CyberTech wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit dem Förderkennzeichen 02J19B010 im Rahmen des Forschungsprogramms „Zukunft der Wertschöpfung – Forschung zu Produktion, Dienstleistung und Arbeit“ zum Thema “Beherrschung der Komplexität soziotechnischer Systeme – Ein Beitrag zum Advanced Systems Engineering für die Wertschöpfung von morgen (PDA_ASE)“ gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.
Online-Survey: Neugestaltung der Arbeit in der Produktentwicklung
Die zukünftige Produktentwicklung erfordert aufgrund wachsender Ansprüche und veränderten Anforderungen neue Ansätze. Der Einsatz solcher neuen Methoden geht häufig mit weitreichenden Veränderungen für Organisation und Mensch einher.
Vor diesem Hintergrund gewinnen agile Arbeitsmethoden und eine neue Arbeitsorganisation für die Produktentwicklung zunehmend an Bedeutung. Daran forschen die TU Darmstadt und die FAU Erlangen-Nürnberg in den Projekten CyberTech und MoSyS.
Wir würden uns freuen, wenn Sie uns dabei durch Ihre Teilnahme an der folgenden Online-Befragung zu menschlichen und organisationalen Faktoren in der Produktentwicklung unterstützen.
Ziel der Befragung ist es, sich auf Grundlage Ihrer Angaben ein umfassendes Bild zu den folgenden Aspekten zu machen, um das Engineering von morgen zu gestalten:
- Arbeitskultur […]
CyberTech bei der AHFE2022 in New York!
AHFE 2022: 13th International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics and the Affiliated Conferences Vom 24. bis zum 28. Juli 2022 fand die internationale Konferenz AHFE 2022 in New York statt. Die Konferenz bot [...]
CyberTech beim ASE Summit 2022
Nach langer Coronapause finden langsam die Präsenzveranstaltungen wieder zurück in das Berufsleben. Eine dieser Präsenzveranstaltungen im Juli war der Advanced Systems Engineering Summit 2022 (kurz: ASE Summit 2022). Wie kann die steigende Komplexität im Produktlebenszyklus [...]
Konsortium
Kompetenzen:
- Innovative Unternehmensberatung für das Product/Production Engineering und anerkannter IT-Lösungsanbieter PLM/ALM
- Fokus auf Digitale Transformation und Systems Engineering mit Hilfe von Virtualisierung und Modell-basierte Entwicklung
- Konzeption, Entwicklung und Umsetzung von (MB)SE und IT-Frameworks
Ziele:
- Methoden für die ganzheitliche systemorientierte Systemspezifikation und –modellierung
- Lösungen zur Umsetzung neuer Organisationskonzepte und Begleitung der Einführung ASE
- Organisationsgestaltung heterogener Entwicklungsteam als Basis für die Entwicklung Qualifikationskonzepte für Mitarbeiter zur Systementwicklung und Nutzung digitaler Zwillinge
Kompetenzen:
- Erfahrener Entwicklungsdienstleister und Fertigungsunternehmen für medizinische Geräte
- Anwender von sozio-technologischen digitalen Techniken im Umfeld des Produktlebenszyklus
- Prozesssicheres Unternehmen im hochregulierten Umfeld
Ziele:
- Umsetzung von intelligenten, kollaborativen Softwarepaketen im Sinne einer übergreifenden Zusammenarbeit entlang des Produktlebenszyklus.
- Durchgängige Entwicklungs- und Fertigungslandschaft auf der Basis vernetzter Tools
Kompetenzen:
- SysDICE ist ein Expertenteam, um branchenführende Exzellenz in modellbasierter Systemtechnik (MBSE) und künstlicher Intelligenz (KI) für ein breites Spektrum von Industriesektoren wie Luft- und Raumfahrt, Eisenbahn, Automobilindustrie und Medizin bereitzustellen.
- SysDICE integriert KI, um den Übergang von dokumentbasierter Systemtechnik zu modellbasierter Systemtechnik zu beschleunigen und Fachleuten eine bessere Einführung von MBSE-Strategien zu ermöglichen.
Ziele:
- Analyse und Auswahl des passenden KI-Algorithmus, der die Anforderungen der Systemmodellierung und Datenextraktion aus den Systemspezifikationsdokumenten von cyber-technischer Systeme als Basis für digitalen Master erfüllt.
- Definition der Werkzeugarchitektur auf hoher Ebene für ein AI4MBSE-Framework.
- Studie über die Integration der dokumentbasierten Systemspezifikation und der modellbasierten Systemspezifikation von cybertechnischen Systemen, um die erforderliche Ontologie Abbildung zu definieren.
TU Darmstadt - Product Life Cycle Management
Otto-Berndt-Straße 2
64287 Darmstadt
Kompetenzen:
- Das Fachgebiet PLCM der TU Darmstadt ist aufgegliedert in vier Kompetenz- sowie Forschungsbereiche.
- Die virtuelle Produktentwicklung ist mit den CAx-Prozessketten sowie den Methoden der Produktentwicklung der Ursprung des Fachgebiets. Aktualität erfährt dieses Themengebiet durch die wissenschaftliche Durchdringung der Entwicklung Digitalen Master und Digitaler Zwillinge.
- Im Zuge der Verbreitung der Additiven Fertigung, insbesondere für den Prototypenbau, hat sich ein neuer Kompetenzbereich aufgetan. Durch die technologische Führungsrolle Deutschlands, sowie des Maschinenbaus weltweit, entstand der Bedarf des Schutzes dieses Vorsprungs in Form von IT Security. Hierzu zählen u.a. Methoden zum Schutz gegen Manipulation, Wissensdiebstahl sowie Piraterie bzgl. geistigen Eigentums.
- Der vierte Forschungsbereich ist die Industrie 4.0, mit ihrer Version der durchgängigen und dynamischen Vernetzung. Innerhalb des PLCM werden insbesondere die Themengebiete Cloud- sowie Edge Computing, neuartige Geschäftsmodelle und Dienstleistungen im Sinne der Plattformökonomie sowie Digital und Smart Factorys fokussiert bearbeitet.
Ziele:
- Insbesondere verfolgt das PLCM den Ansatz über die zu entwickelnde Methodik des Sensorbebauungsplans bei Neu- sowie Weiterentwicklungen die Sensorik in den Digitalen Master zu integrieren
- Entwicklung Digitaler Master der physischen Produkte im Lehr- und Lernlabor
TU Darmstadt – Institut für Arbeitswissenschaft Darmstadt (IAD)D
Otto-Berndt-Straße 2
64287 Darmstadt
https://www.iad.tu-darmstadt.de/institut_iad/aktuelles_iad/index.de.jsp
Kompetenzen:
- Das Institut für Arbeitswissenschaft (IAD) forscht zu drei unterschiedlichen Themenschwerpunkten: Mensch & Organisation, Mensch-Maschine-Interaktion & Mobilität und Arbeitsplatzgestaltung & Bewertung.
- Das Projekt CyberTech ist in der Forschungsgruppe Mensch &Organisation angesiedelt und wird dort im Schwerpunkt Arbeit und Kompetenzen bearbeitet
Ziele:
- Das IAD legt den Fokus auf die Ausarbeitung neuer arbeits- und organisationspsychologischer Gestaltungskonzepte für das soziotechnische System. Dabei steht sowohl die Ebene des Arbeitssystems, aber auch der Gruppenarbeit und die Ebene der gesamten Ablauf- und Aufbauorganisation im Zentrum. In diesem Zusammenhang ist die gezielte Befähigung von Mitarbeitenden durch die Förderung der im Rahmen des ASE notwendigen Kompetenzen von zentraler Bedeutung für cyber-physische Systeme. Daher stehen folgende Forschungsfragen im Mittelpunkt:
- Im Hinblick auf Kompetenzenentwicklung: Welche Kompetenzen sind notwendig für neue Arbeitsaufgaben, die mit ASE einhergehen?
- Im Hinblick auf Arbeitsorganisation: Welche Strukturen oder Prozesse müssen wie umgestaltet werden, um ASE zu unterstützen?
- Diese Fragen werden zum einen in den Anwendungsbetrieben und zum anderen im wissenschaftlichen Lern-Lehr-Labor beantwortet. Hierfür muss in den Betrieben Kompetenzmanagement und Arbeitsorganisation analysiert sowie auf ASE ausgerichtet und neu konzipiert werden.
Konsortialführer
Dr. Sven Kleiner
:em engineering methods AG
E-Mail: info@em.ag
Tel. +49 6151 7376 100
Fax. +49 6151 7376 101
Förderträger
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit dem Förderkennzeichen 02J19B010 gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.
