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Das Forschungscluster Industrie 4.0 stellt in acht Beiträgen aktuelle Ergebnisse aus seinen vielfältigen Forschungsprojekten vor. Es werden virtuelle Techniken in der Produktentwicklung, Lehrkonzepte für Industrie 4.0, Energy Harvesting bei Antennen, Energiemanagement in Produktionsanlagen, firmenübergreifende IT-Security Anforderungen, dezentral gesteuerte Produktionsprozesse und Spracherkennung mit Mikrocontrollern behandelt.

Dieser Beitrag adressiert einleitend die aktuelle Bedrohungslage aus Sicht der Industrie mit einem Fokus auf das Feld und die Feldgeräte. Zentral wird dann die Frage behandelt, welchen Beitrag Feldgeräte im Kontext von hoch vernetzten Produktionsanlagen für die künftige IT-Sicherheit leisten können und müssen. Unter anderem werden auf Basis der bestehenden Standards wie IEC 62443-4-1, IEC 62443-4-2 oder der VDI 2182-1 und VDI 2182-4 ausgewählte Methoden und Maßnahmen am Beispiel eines Durchflussmessgerätes vorgestellt, die zur künftigen Absicherung von Feldgeräten notwendig sind.

Es wird der Fall des reinen Internverkehrs zwischen endlich vielen Teilnehmern bei voller Erreichbarkeit der Verbindungswege an einem einfachen Modell behandelt. Die Verkehrsgrößen werden berechnet. Der Verlust wird nach seinen verschiedenen möglichen Entstehungsursachen spezifiziert. Die entsprechenden Verlustwahrscheinlichkeiten werden exakt berechnet. Für die numerische Berechnung werden Rekursionsformeln abgeleitet. Unter den genannten Voraussetzungen sind die angegebenen Beziehungen auch für kleinste Teilnehmeranzahlen gültig. Ein aktueller Anwendungsfall liegt bei der Bemessung der Sprechkreisanzahl in einem Nachrichtensystem mit dezentraler Vermittlungstechnik und Vielfachzugriff zu den vorhandenen Sprechkreisen vor.

Viele erwachsene Deutsche sind keine guten und geübten Leser. Sachtexte führen deswegen zu Unklarheiten, Fehlentscheidungen und Nachfragen. Diese Konzequenz stellt sich auch bei geübten aber fachfremden Lesern ein. Nur eine sprachliche Anpassung an Leser kann das ändern. Der Aufsatz vergleicht dazu zwei Ansätze, Einfache Sprache und Leichte Sprache. Der Autor vertritt die Auffassung, dass nur eine einfache Sprache als Lösung des genannten Dilemmas taugt. Leichte Sprache ist gegenwärtig das einzige Instrument, um Menschen mit neuronalen Schädigungen einen Inhalt zu übermitteln. Doch auch dafür nutzt sie nur eingeschränkt. Die Wissenschaft wird an diesen Themen arbeiten müssen. Sie steht erst am Anfang.

Zur Verbesserung der IT-Sicherheit im klassischen Büroumfeld wird bereits eine neue Firewall-Technologie, die sogenannte Next Generation Firewall verwendet. Um diese Technologie im Produktionsbereich einzusetzen, muss sie vorher getestet werden, da sich die Priorisierung der Schutzziele im Produktionsbereich und im Büroumfeld unterscheidet. In dieser Arbeit werden das Einsatzgebiet und die Wirkungsweise von Firewalls in industriellen Automatisierungssystemen im Allgemeinen und spezifisch für Next Generation Firewalls untersucht. Die Untersuchung geht auf die Aufgaben der einzelnen Firewalls in einem Produktionsunternehmen ein und prüft, welche Firewall durch eine Next Generation Firewall ergänzt werden kann. Dazu werden die konventionellen Firewall-Technologien mit der neuen Firewall-Technologie verglichen und bewertet. Der Nutzen der Next Generation Firewall in der Produktionsumgebung wird am Beispiel eines ausgewählten Angriffsszenarios erklärt. Abschließend werden Empfehlungen für dessen Einsatz in industriellen Automatisierungssystemen gegeben.

Das Forschungscluster Energie – Mobilität – Prozesse stellt in acht Beiträgen aktuelle Ergebnisse aus laufenden Forschungsprojekten vor. Es werden Aspekte der Urbanen Logistik, der Automatisierung von Energiemanagementsystemen, der Effizienz von neuen Kältemaschinen, der Entsäuerung von Kulturgütern, der Auslastung von Pedelec-Vermietsystemen und der Reichweite von Elektrofahrzeugen behandelt. Zusätzlich werden relevante Daten in Form von 17 Diagrammen kompakt zusammengestellt.

Die Digitalisierung birgt sowohl für den Unternehmer, als auch für den Kunden diverse Vorteile. Als Instrument zur Veranschaulichung dieser Vorteile dienen vor allem Service-Apps, welche bereits von großen Unternehmen beispielsweise zur Produktnachverfolgung etabliert wurden. Das Mittelstand 4.0 – Kompetenzzentrum Hannover legt den Fokus auf kleine und mittelständische Produktionsbetriebe und vermittelt das Potenzial der Digitalisierung im Rahmen von Industrie 4.0. Dies geschieht anhand einer Produktionslinie personalisierter Kugelschreiber und einer zu Demonstrationszwecken entwickelten App für mobile Endgeräte. Konzeptionierung, Entwicklung und Umsetzung dieser App werden genauestens aufgeführt und erläutert. Die App wurde unter dem Betriebssystem Android entwickelt und gliedert sich in sieben Phasen, beginnend mit der Anforderungsanalyse bis hin zur Veröffentlichung im Google Play Store. Während der Unternehmer die Möglichkeit geboten bekommt, Rückschlüsse als Entscheidungshilfe zur effizienteren Gestaltung der Produktion zu nutzen, ist der Kunde in der Lage, seine Aufträge echtzeitnah in der Produktion nachzuverfolgen und gegebenenfalls Änderungen vorzunehmen.

In dieser Arbeit werden Verfahren zur visuellen Beurteilung von Stabilitätseigenschaften nichtlinearer, zeitdiskreter Systeme und mögliche Anwendungen vorgestellt. Ausgehend von den erforderlichen Grundbegriffen der Chaostheorie werden verschiedene Maße zur Detektion, Beschreibung und Visualisierung chaotischen Systemverhaltens motiviert, mathematisch definiert, physikalisch interpretiert und gedeutet: der Lyapunov Exponent, die Entropie, das Fourierspektrum und die Korrelation. Als erste Anwendung basierend auf diesen Gütemaßen wird das Verhalten von linearen und nichtlinearen rekursiven Systemen visualisiert und verglichen. Es zeigt sich, dass bei rekursiven linearen Systemen der Übergang von einem stabilen in einen instabilen oder chaotischen Zustand kontinuierlich erfolgt, während dieser Übergang bei nicht linearen Systemen häufig abrupt auftritt. Unter Verwendung der vorgestellten Visualisierung lässt sich sehr genau nachvollziehen, welche Parameter und insbesondere welche Parameterübergänge dabei kritisch sind. Diese Kenntnis ist sehr wichtig für eine störfreie Systemparametrierung und eine erforderliche Arbeitspunktsuche. In einer zweiten Anwendung wird chaotisches Systemverhalten als Generator optimal orthogonaler Signalfunktionen eingesetzt. Dazu wird die Rekursionsfolge in einem chaotischen Arbeitspunkt eines nichtlinearen rekursiven Systems als Musterfunktion eines statistischen Zufallsprozesses interpretiert: Je chaotischer das Systemverhalten und je kleiner die Varianz des Korrelationsmaßes desto besser können orthogonale Signalfolgen modelliert werden. Solche Signalfolgen sind von großer Bedeutung, wenn digitale Nachrichten über einen gestörten Kanal mit minimalem Daten- und Energieaufwand übertragen werden sollen. Als abschließendes Beispiel wird die fraktale Bildcodierung vorgestellt. Sie beruht nicht wie die klassischen Verfahren der Bildcodierung (Prädiktion, Transformation) auf statistischen Eigenschaften des Bildsignals sondern ausschließlich auf Selbstähnlichkeit. Die Bildpunkte eines Bildblockes werden nicht durch deren Grauwerte sondern durch ein Fraktal beschrieben, wobei dieses Fraktal durch eine kontraktive, affine Abbildung der Grauwertinformation dargestellt wird. Dieses Fraktal, d.h. diese Abbildungsvorschrift oder Gesetzmäßigkeit beschreibt die vollständige Information des Bildes. Durch die Anwendung dieser fraktalen Darstellung wird das codierte Bild aus beliebigen Bildern gleicher Größe generiert.

Ein für das ISDN-Projekt der Bundespost bedeutsames Verfahren ist die regenerative Digitalsignalübertragung Hierzu wurde im FB Elektrotechnik das Experimentalsystem "Regenerative Digitalsignalübertragung 100 kBd" entwickelt.

In diesem Buch werden verschiedene theoretische und praktische Aspekte der Erstellung von Gestaltungsrichtlinien (Style Guides) erläutert.