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Digital platforms act as mediator for many types of transactions and processes in various areas in business life. Especially, IoT platforms find increased use within companies. Still, the allocation of computation workload between a platform and exist-ing information systems is not clear. At the same time, companies have no guideline, which platform to choose to facilitate intra-com-pany optimizations. The platforms in the market are not fully designed or tailored for meeting the special needs of companies - especially in the manufacturing industry. To tackle these challenges, this article first gives an overview of the Internet of Production reference framework. In that context, it secondly investigates 212 IoT platforms in the market and then chooses the best options by stepwise narrowing down their number. Following, those selected platforms are described in detail. Additionally, the article provides a comparison of selected IoT platforms, which then creates the general framework of a platform especially designed for the manufacturing industry in terms of its features and functionalities. This reference platform architecture is developed for reaching the potential of the Internet of Production. This general framework and the representative reference architecture can help companies and software vendors to implement the Internet of Production reference architecture by creating an IoT platform, which fits its needs.
Integrationsmanagement
(2022)
Die Notwendigkeit, Insellösungen zugunsten einer integrierten IT-Landschaft abzuschaffen, wird seit über 30 Jahren diskutiert. Produzierende Unternehmen haben Konzepte bisher nur unzulänglich umgesetzt, selbst im Bereich der klassischen Office-IT. Es besteht eine große Vielfalt an Systemen, die redundant Daten speichern und nicht zur Entscheidungsfindung genutzt werden. Im Rahmen von Industrie 4.0 spielt das Integrationsmanagement eine außerordentliche Rolle, da die Digitalisierung des Unternehmens vor allem die Nutzung und Erweiterung der vorhandenen Datenquellen des Unternehmens erfordert. Darin sind sowohl die klassischen Informationssysteme als auch Operational Technology (OT) auf dem Shopfloor inbegriffen. Durch die Konvergenz von IT und OT werden Datensilos zunehmend aufgelöst. Der entwickelte Integrationsprozess wird in sieben Phasen unterteilt: (1) Bestimmung der allgemeinen Integrationsziele, (2) Ist-Analyse, (3) Detaillierung der Integrationsziele in Anwendungsfällen (4) Abgleich zum Status quo, (5) Ableiten von Anwendungsfällen, (6) Nutzwert-Analyse sowie (7) Erstellung der Gesamtroadmap. (Quelle: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-63758-6_16)
The development of renewable energies and smart mobility has profoundly impacted the future of the distribution grid. An increasing bidirectional energy flow stresses the assets of the distribution grid, especially medium voltage switchgear. This calls for improved maintenance strategies to prevent critical failures. Predictive maintenance, a maintenance strategy relying on current condition data of assets, serves as a guideline. Novel sensors covering thermal, mechanical, and partial discharge aspects of switchgear, enable continuous condition monitoring of some of the most critical assets of the distribution grid. Combined with machine learning algorithms, the demands put on the distribution grid by the energy and mobility revolutions can be handled. In this paper, we review the current state-of-the-art of all aspects of condition monitoring for medium voltage switchgear. Furthermore, we present an approach to develop a predictive maintenance system based on novel sensors and machine learning. We show how the existing medium voltage grid infrastructure can adapt these new needs on an economic scale.
Informationssystem-Architekturen produzierender Unternehmen für die Digitalisierung gestalten
(2018)
Die durchgängige, systemunterstützte, digitale Gestaltung von
Prozessen besteht im Industrie-4.0-Zeitalter noch immer als großes Handlungsfeld, sowohl innerhalb von Unternehmen als auch nach außen. Insbesondere produzierende Unternehmen verfügen im Vergleich zu Unternehmen anderer Branchen, beispielsweise aus der Finanzbranche oder der Logistik, über eine geringe Systemunterstützung und stehen daher im Zentrum dieser Betrachtung. Gleichzeitig sind die
Erkenntnisse jedoch auf Unternehmen aus weiteren Branchen übertragbar.
Um durchgängige Prozesse zu gestalten und verfügbare Informationen bei der Entscheidungsfindung aufwandsarm nutzen zu können, benötigen Unternehmen eine integrierte Informationssystem-Architektur. Dem steht die oft hohe IT-Komplexität entgegen, die durch eine Vielfalt an Informationssystemen und Vielzahl an neuen Anforderungen entsteht. Um sich der Frage nach der Gestaltung einer integrierten Informationssystem-Architektur anzunähern, muss zunächst der Ist-Zustand der verwendeten Informationssysteme verstanden und die entsprechenden Architekturen müssen beschrieben werden. Auf dieser Basis kann eine Zielarchitektur entwickelt werden, die den Weg für Unternehmen vorzeichnet.
In dem folgenden Beitrag wird daher zuerst eine Einordnung bestehender Konzepte zu Informationssystem-Architekturen – also der Ordnung von Informationssystemen im Unternehmen – vorgenommen. Darauf aufbauend wird eine Morphologie zur Beschreibung von Informationssystemen in den vier Dimensionen technik-, organisations-, prozess- sowie datenbetreffende Merkmale vorgestellt. Unter Nutzung dieser Merkmale setzen sich Informationssystem-Architekturen aus mehreren Ausschnitten eines multidimensionalen Architekturraums zusammen; hierzu
werden im Beitrag entsprechende Darstellungsformen vorgeschlagen. Um Unternehmen praktische Handlungsempfehlungen zu geben, werden abschließend anhand der Darstellung einer Zielinformationssystem-Architektur Gestaltungsoptionen für Unternehmen auf dem Weg der Digitalisierung aufgezeigt.
Informationssystem-Architekturen produzierender Unternehmen bei software-definierten Plattformen
(2018)
Die Generierung von Information wird für Unternehmen immer wichtiger. Das zeigt sich beispielsweise an ökonomischen Faktoren: Unternehmen, die mit
Daten handeln, sind seit einigen Jahren wertvoller als klassische Industrieunternehmen. Aber auch unternehmensintern haben Informationen einen steigenden Wert. Bei einem sinnvollen Informationseinsatz können Abläufe im Unternehmen optimiert werden, was den Produktionsoutput erhöhen kann. Produzierende Unternehmen indes haben mit der Datennutzung noch immer Schwierigkeiten. Das liegt unter anderem in der hohen, schwer beherrschbaren Komplexität der Informationssystem-Architektur begründet, die zu Datenredundanz und schlechter Informationsqualität führt.
Um dieser Herausforderung entgegenzuwirken, wurde in Aachen das Internet of Production entwickelt. Dieses enthält einen Vorschlag für eine Infrastruktur, mit welcher Unternehmen den benötigten ubiquitären und echtzeitfähigen Datenzugriff realisieren können. Durch die Verknüpfung der vorhandenen
Informationssysteme über eine Middleware+ und die Datenverarbeitung in der Smart-Data-Ebene können Unternehmen darüber hinaus innovative Algorithmen zur Generierung von Informationen nutzen. Zur Umsetzung des Internet of Production wird eine software-definierte Plattform benötigt, welche die Funk-tionalitäten der beiden vorgenannten Ebenen abdeckt.
Um eine solche software-definierte Plattform sinnvoll in die bestehende Informationssystem-Architektur zu integrieren, müssen Unternehmen diese anpassen. Ziel der Arbeit ist es, Unternehmen den Weg dahin aufzuzeigen. Dies wird im Wesentlichen durch drei Teilzielsetzungen erreicht: Durch die Systematisierung von software-definierten Plattformen erhalten Unternehmen einen Überblick von vorhandenen Funktionalitäten und vorhandener Software. Zudem können Integrationsanforderungen solcher Plattformen abgeleitet werden. Das zweite Ziel betrifft die Systematisierung der in Unternehmen bestehenden Informationssystem-Architektur und die Entwicklung von Visualisierungsformen, welche die Handlungsfelder für Integration aufzeigen. Durch das Aufzeigen einer Ziel-Architektur werden als drittes die notwendigen Entscheidungen für Unternehmen dargelegt.
Entscheider in Unternehmen erhalten ein konkretes Vorgehen und eine Handlungsempfehlung zur Weiterentwicklung ihrer Informationssystem-Architektur aus den Blickwinkeln Technik, Organisation, Prozesse und Daten. Damit können sie den ersten Schritt zur Umsetzung des Internet of Production gehen.
People’s (and goods’) transport will fundamentally change due to autonomous driving and emission-reduced drives. This enables new mobility concepts, especially for inner-city transport of people. An example for such autonomous vehicles are so-called people-movers: small electrically powered busses carrying up to 15 passengers from individual departure points to individual destinations. Next to the research regarding autonomous driving and alternative types of drives, it is also necessary to study and research how future users are willing to use new types of inner-city transport. Such transport needs specific information platforms organizing the trips and routing the people mover. Those platforms do not yet exist.
As part of our research, we developed an exemplary people-mover platform architecture. We were using methods from agile software development to gather customer requirements, as well as an information logistics concept as a validated link between user requirements and the architecture. We designed the architecture using microservices to enable growth and adaptability at the same time. As the research is still going on, these characteristics are necessary in order to keep building a customer-focused platform for the inner-city mobility of the future.
Informationstechnische Systeme durchdringen alle Bereiche unseres täglichen Lebens. Während Smartphones, Tablets und Smart-TVs den Endanwender bereits erobert haben, stehen Technologien wie Smart Home, Smart Production und Smart Grid kurz davor, weitere wichtige Bereiche des privaten und geschäftlichen Lebens von Grund auf zu erneuern. Eine ernstzunehmende Herausforderung dabei ist die zunehmende Vernetzung der industriellen Produktion durch modernste Informations- und Kommunikationstechnik (Industrie 4.0). Die Hoffnung der Wirtschaft ist groß: Die Technologien sollen neue Geschäftsmodelle und Wertschöpfungsketten erschließen sowie neue Dienstleistungsmodelle erlauben, die zuvor nicht möglich waren.
Eins der größten Hemmnisse dieser positiven Entwicklung ist jedoch der Mangel an IT-Sicherheit. Trotz jahrelanger intensiver Forschung und Entwicklung an sicheren IT-Systemen steigen die Anzahl der erfolgreichen Angriffe, und deren Ausmaß jährlich. Eine Studie des Digitalverbands Bitkom von April 2015 zeigt, dass mehr als die Hälfte (51 Prozent) aller deutschen Unternehmen in den vergangenen zwei Jahren Opfer von digitaler Wirtschaftsspionage, Sabotage oder Datendiebstahl geworden sind. Jährlich entsteht dadurch in Deutschland ein Schaden von rund 51 Milliarden Euro. In den kommenden Jahren wird der Schaden sogar auf rund 306 Milliarden Euro geschätzt. Durch die fortschreitende Digitalisierung bzw. durch technische Entwicklungen wird auch die Angreifbarkeit der verwendeten IT-Systeme in Folge dessen weiter steigen.
Wie ist dies zu erklären und wie können wir diesen Bedrohungen entgegenwirken?
Die Autoren dieser Forschungsagenda haben den Faktor Mensch als eines der Grundprobleme in der IT ausgemacht. Existierende Forschungsvorhaben widmen sich beispielsweise verstärkt der sicheren Entwicklung von Hardware/ Softwaresystemen oder der Erforschung von Prinzipien für Security by Design/Privacy by Design. Weitestgehend unerforscht geblieben ist jedoch bisher die Frage wie Sicherheitsmechanismen auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette so gestaltet werden können,
dass sie für die betreffenden Personenkreise auch effektiv anwendbar sind. Für Forschung zum Faktor Mensch sehen wir eine besondere Stärke am Wissenschaftsstandort NRW. Die Problematik ist drängend, denn während die IT-Sicherheitsforschung der letzten Jahre vor allem neue technischen Lösungen hervorgebracht hat, sind es letztendlich Menschen, die diese Lösungen einsetzen und anwenden.
Im Rahmen der vernetzten Digitalisierung stehen insbesondere kleine und mittlere IT-Organisationen und IT-Dienstleister vor der großen Herausforderung, in einem immer dynamischer werdenden Umfeld Leistungen in hoher Qualität zu liefern. Die Verknüpfung dieser Leistungen mit den zu unterstützenden Geschäftsprozessen und Geschäftsmodellen gestaltet sich schwierig und erfordert eine service- und prozessorientierte Denkweise.
Zur Bewältigung dieser Herausforderungen und der Umsetzung des "service- und prozessorientierten Denkens" bietet das IT-Service-Management (ITSM) Methoden und Maßnahmen zur kundenorientierten, prozessgesteuerten und transparenten Erbringung von IT-Services. Trotz bestehender ITSM-spezifischer Referenzmodelle und Regelwerke werden die beschriebenen Methoden von kleinen und mittleren IT-Organisationen und IT-Dienstleistern kaum genutzt. Der Grund hierfür liegt unter anderem in der hohen Komplexität der Regelwerke und dem damit verbundenen großen Implementierungsaufwand. Es fehlt ein Vorgehen, das die Fähigkeiten und Möglichkeiten von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) berücksichtigt, um IT-Prozesse eigenständig hinsichtlich der Serviceorientierung zu bewerten und zu optimieren.
Das Ergebnis des Forschungsvorhabens "GradeIT" ist eine Vorgehensweise, die KMU dabei unterstützt, relevante IT-Service-Prozesse für sich selbst zu identifizieren, um diese dann eigenständig zu bewerten und auf Basis transparent dargestellter Wirkungszusammenhänge zu spezifischen Einflussfaktoren erfolgversprechende Handlungsempfehlungen auszusprechen.
In diesem Doktorvortrag wird die Vision von Metropolitan Cities vorgestellt und warum dazu zentrale Datenplattformen benötigt werden. Es werden technische Bausteine wie Data-Lake, Data-Warehouse, Open Data und Smart City vorgestellt sowie die Herausforderung bei der Gestaltung einer zentralen Datenplattform erarbeitet. Als Lösung wird eine Verbindung von Data-Lake und Data-Warehouse mit dem Konzept des Industrial Data Space vorgeschlagen.
Especially in SMEs of the manufacturing industry, data is not sufficiently used to optimize processes. Some companies have implemented lighthouse “Industrie 4.0 projects”, but struggle with a broader approach. We present the results of a survey we performed that underlines that statement. There are approaches in the literature that propose generic architecture frameworks tackling the mentioned challenge. Still, most of them do not include the existing IT architecture of a company and fail to propose a comprehensive solution delivering a real benefit to companies. Therefore, companies cannot easily use them. For that reason, we developed and tested an Industrie 4.0 software platform architecture companies can use as a blueprint for their own implementation. This architecture is presented in this paper as well as the structured VDI 2221 approach we used to develop it.