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Bei der Integration technischer Energiemanagementsysteme (tEnMS) in Automatisierungsanlagen fällt ein hoher Engineering-Aufwand an, besonders für die Steuerungsprogrammierung. Dieser Engineering-Aufwand ist für industrielle Anwender der Hauptgrund, integrierte tEnMS nicht einzusetzen. Im Rahmen des Forschungsprojektes „Integriertes Anlagenengineering zur Erhöhung der Energieeffizienz (IAE4)“ (Förderkennzeichen: ZN2948; Forschungsprofessur des Landes Niedersachsen/Volkswagenstiftung) wurde untersucht, wie sich dieser Engineering-Aufwand reduzieren lässt. Hierzu wurde ein Software-Werkzeug entwickelt, das die benötigten Steuerungsprogramme automatisch aus Engineering-Daten und Gerätebeschreibungsdateien generiert. Dieser Beitrag stellt die Ergebnisse des IAE4-Projektes vor.

Die zunehmenden Anwendungsfälle der vertikalen und horizontalen Vernetzung von Automatisierungssystemen erhöhen gleichzeitig auch die Bedrohungen der IT-Sicherheit der relevanten automatisierten technischen Prozesse. Zukünftige Anlagenstrukturen werden stärker vernetzt und dezentralisiert organisiert sein, oder sogar weltweit mit anderen technischen Systemen über das Internet kommunizieren. Dies erfolgt häufig über standardisierte Kommunikationsprotokolle, im Weiteren Middleware genannt. Daher ist die Bedeutung standardisierter Verfahren und Modelle zur Erleichterung der Sicherheitskonfigurationen der Middleware, die die folgenden Anforderungen erfüllen, von wesentlicher Bedeutung: - Sichere Kommunikation (sichere Middleware) - Authentifizierung und Autorisierung der Kommunikationspartner auch bei stark vernetzten Systemen und Ad-hoc-Verbindungen - Einfache Verwaltung von Sicherheitsmaßnahmen ohne erheblichen Mehraufwand für die Organisation Die bestehende Referenzarchitektur und die Sicherheitsmerkmale der entsprechenden Middleware werden untersucht, um deren Anwendbarkeit in verschiedenen Stufen der Automatisierungspyramide zu ermitteln. Es werden die Sicherheitsmerkmale für eine durchgängig sichere Kommunikation und deren Flexibilität bei der Integration in eine Public Key Infrastruktur (PKI) untersucht. Die bestehenden Zugangskontrollmechanismen und deren Zukunft im Rahmen von Industrie 4.0 werden bewertet. Die Möglichkeiten zur Integration des mit Attributzertifikaten aktivierten Berechtigungsmechanismus im Rahmen von OPC UA werden in diesem Projekt untersucht und als Teil des Demonstrators implementiert. Die Anwendungsrelevanz der entwickelten Lösungen wird gewährleistet, indem die Projektpartner des projektbegleitenden Ausschusses bei der Erstellung und dem Review von Konzepten frühzeitig beteiligt werden.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Forschungsprojektes INSA sollen wichtige Beiträge zur Verbesserung der IT-Sicherheit von Produktionsanlagen insbesondere in kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) realisiert und erprobt werden. Die IT-Sicherheit von Produktionsanlagen wird zu einer immer wichtigeren Komponente des Schutzes von Unternehmen gegen Cyber-Attacken. Neben Angriffen aus dem Internet sind dabei interne Angriffsquellen in Betracht zu ziehen. Gängige Vorgehensmodelle, wie z. B. die VDI-Richtlinie 2182, setzen dabei unter anderem auf eine wiederkehrende Analyse der Bedrohungen und auf die Implementierung entsprechender Schutzmaßnahmen. Die Durchführung einer solchen wiederkehrenden Gefährdungsanalyse ist mit einem wiederkehrenden manuellen Aufwand verbunden, weshalb kleine und mittlere Unternehmen die Durchführung dieser Maßnahmen häufig meiden. Ziel des Projektes ist die Unterstützung kleiner und mittlerer Unternehmen bei der Durchführung entsprechender Bedrohungsanalysen zu unterstützen. Der Ansatz des Projektes beruht auf der automatisierten bzw. teilautomatisierten Erfassung der installierten Automatisierungskomponenten (Assets). Danach kann für bekannte Standardkomponenten durch die Verwendung wissensbasierter Methoden eine Beurteilung der Bedrohung einer Automatisierungsanlage erfolgen. Hierfür wird fachspezifisches Wissen erfasst und verarbeitet wird. Diese Methoden können bei Bedarf in die Engineering-Oberfläche einer Automatisierungsanlage intergiert werden.

The research project "Herbar Digital" was started in 2007 with the aim to digitize 3.5 million dried plants on paper sheets belonging to the Botanic Museum Berlin in Germany. Frequently the collector of the plant is unknown, so a procedure had to be developed in order to determine the writer of the handwriting on the sheet. In the present work the static character was transformed into a dynamic form. This was done with the model of an inert ball which was rolled along the written character. During this off-line writer recognition, different mathematical procedures were used such as the reproduction of the write line of individual characters by Legendre polynomials. When only one character was used, a recognition rate of about 40% was obtained. By combining multiple characters, the recognition rate rose considerably and reached 98.7% with 13 characters and 93 writers (chosen randomly from the international IAM-database [3]). A global statistical approach using the whole handwritten text resulted in a similar recognition rate. By combining local and global methods, a recognition rate of 99.5% was achieved.

Das Forschungsprojekt „Herbar Digital” startete 2007 mit dem Ziel der Digitalisierung des Bestands von mehr als 3,5 Millionen getrockneter Pflanzen bzw. Pflanzenteile auf Papierbögen (Herbarbelege) des Botanischen Museums Berlin. Die Aufgabe des Autors ist die Analyse der hochaufgelösten Bilder mit 10400 Zeilen und 7500 Spalten. Die Herbarbelege können außerdem unterschiedliche Objekte enthalten wie Umschläge mit zusätzlichen Pflanzenteilen, gedruckte oder handgeschriebene Etiketten, Farbtabellen, Maßstäbe, Stempel, Barcodes, farbige „Typus-Etiketten“ und handschriftliche Anmerkungen direkt auf dem Beleg. Die schriftlichen Anmerkungen, insbesondere in Handschrift, sind von besonderem Interesse. Kommerzielle OCR-Software kann oftmals Schrift in komplexen Umgebungen nicht lokalisieren, wie sie häufig auf den Herbarbelegen vorliegt, auf denen Schrift zwischen Blättern, Wurzeln und anderen Objekten angeordnet ist. Im folgenden wird eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht, Schriftpassagen im Bild automatisch zu finden.

Die vorliegende Arbeit untersucht den möglichen Einsatz kommerzieller Software im Projekt Herbar Digital. Dabei werden zwei Kategorien unterschieden: OCR-Software und Barcodesoftware. Von der ersten Kategorie gibt es eine Vielzahl käuflicher Programme auf dem Markt sowie auch einige kostenlose Freewareprogramme. Die Qualität ist jedoch sehr unterschiedlich, insbesondere fallen die Freewareprogramme stark ab. Es kristallisieren sich vier hochqualitative Programme heraus, die genau untersucht werden. Von diesen eignen sich zwei für das Projekt, wobei Omnipage 16 der Vorzug gegeben wird. In der Kategorie der Barcodesoftware fiel die Wahl auf QS-Barcode 4.0, da sich OCR-Programme für das Lesen von Barcodes als ungeeignet erwiesen. Die anfängliche Erkennungsrate von 90% konnte durch eigene Verfahren zur Bildvorverarbeitung auf 100% gesteigert werden.

Ziel des Projektes war es, nominative Grundlagen für die Kriterien eines Performace-Quality-Labels (PQL) für LED-Leuchten zu erarbeiten. Unter dem PQL wird ein Qualitäts- und Energielabel verstanden, das für LED-Produkte auf Grundlage der aktuellen und sich entwickelnden Normensituation erarbeitet werden soll. Durch das Bestimmen der für eine gute Produktqualität erforderlichen Faktoren, soll durch die beteiligten Forschungseinrichtungen ein Katalog von Mindestanforderungen für LED-Leuchten entwickelt werden. Auf der anderen Seite sollen der Leuchtenindustrie konkrete Hinweise für die Entwicklung und Optimierung von LED-Leuchten bezüglich der im Projekt geforderten Werte zur Verfügung gestellt werden. Ergebnis: Es wurde die Alterung von Hoch- und Mittelleistungs-LEDs bei verschiedenen Strömen und Boardtemperaturen hinsichtlich Lichtstrom, Farbort, Spektren und Änderung des thermischen Widerstands untersucht, um die Lebensdauer der LEDs durch eine Extrapolation herstellerunabhängig ermitteln und den Leuchtenherstellern verfügbar zu machen. Durch umfangreiche Untersuchungen zu ESD und EMV-Eigenschaften sowie Temperatur- und Stromverhalten der LEDs, war eine thermische und elektrische Modellierung möglich. Ziel: ein korrektes Datenblatt für die LEDs seitens der LED-Hersteller zu erarbeiten sowie ein relevantes Binning-Schema mit Beurteilungskriterien für die verschiedenen Binning-Klassen zu erstellen. Zudem lassen sich Hinweise ableiten, wie zukünftige LED-Leuchten mit RGB- und weißen LEDs auf Farbort- und Lichtstromkonstanz bei verschiedenen Temperatur- und Stromänderungen geregelt werden können. Durch die Vergleichsmessungen von mehr als 70 LED-Leuchten konnten die Schwachstellen und Unzulänglichkeiten in der qualitätssicherenden Kette ermittelt und mit den Firmen besprochen werden. Die Auswertung der an der TU Darmstadt gealteten LED-Leuchten konnte der Leuchtenindustrie konkrete Hinweise über Alterungsmechanismen, thermisches Management bei verschiedenen Betriebstemperaturen und die Restwelligkeit der LED-Ströme geben. Zudem wurden Faktoren erarbeitet, wie die LED-Leuchte durch Materialauswahl (Wärmeleitpasten, Dichtungsring), durch konstruktive Kabelführung und Elektronik-Auswahl an Zuverlässigkeit gewinnen kann. Eine Datenbank mit einer Typisierung der LED-Fehler, Entstehungsorte, Ursachen und wirtschaftlicher Folge konnte erstellt und mit der Leuchtenindustrie und professionellen Anwendern ausgetauscht und gepflegt werden. Die Grundlage für die Akzeptanz der LED-Beleuchtung durch die professionellen und privaten Anwender kann nur geschaffen werden, wenn die Licht- und Farbqualität untersucht und deren Mindestwerte für hochqualitive LED-Produkte definiert werden können. An Hand der Untersuchung der Farbwiedergabeskalierung konnte gezeigt werden, dass LED-Systeme mit guter Farbwiedergabe eine Ra-Wert von 86 und R9 für gesättigte rote Farben von mehr als 45 aufweisen sollten. Um die Detektierbarkeit der stroboskopischen Erscheinungen von PQWM-betriebenen LEDs zu minimieren sollte die Pulsfrequenz nicht weniger als als 350 Hz – 400 Hz betragen. Alle gewonnenen optischen, lichttechnischen, thermischen und elektrischen Erkenntnisse und Erfahrungen wurden während der Projektarbeit systematisch zusammengestellt und mit Zielwerten bzw. Grenzwerten versehen, so dass sie über die Qualitätsmerkmale (Performance Quality Label) in drei Vorträgen der Leuchtenindustrie präsentiert werden konnten. Die Ziele des Projekts konnten im vollen Umfang erfüllt werden. Die Erkenntnisse vom Projekt konnten durch sechs reguläre Treffen, zwei Sonderworkshops, drei VDE/ZVEI Workshops und zahlreiche Publikationen, Buchbeiträge und Konferenzbeiträge an die Lichtindustrie, Lichtplaner und weitere Interessierte transferiert werden. Das IGF-Vorhaben 14 LBG der Forschungsvereinigung Elektrotechnik wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

With the help of an energy management system according to ISO 50001, industrial companies obtain the opportunities to reduce energy consumption and to increase plant efficiencies. In such a system, the communication of energy data has an important function. With the help of so-called energy profiles (e.g. PROFIenergy), energy data can be communicated between the field level and the higher levels via proven communication protocols (e.g. PROFINET). Due to the fact that in most cases several industrial protocols are used in an automation system, the problem is how to transfer energy data from one protocol to another with as less effort as possible. An energy data information model could overcome this problem and describe energy data in a uniform and semantically unambiguous way. Requirements for a unified energy data information model are presented in this paper.

With regard to climate change, increasing energy efficiency is still a significant issue in the industry. In order to acquire energy data at the field level, so-called energy profiles can be used. They are advantageous as they are integrated into existing industrial ethernet standards (e.g. PROFINET). Commonly used energy profiles such as PROFIenergy and sercos Energy have been established in industrial use. However, as the Industrial Internet of Things (IIoT) continues to develop, the question arises whether the established energy profiles are sufficient to fullfil the requirements of the upcoming IIoT communication technologies. To answer this question the paper compares and discusses the common energy profiles with the current and future challenges of energy data communication. Furthermore, this analysis examines the need for further research in this field.

An der Fachhochschule Hannover wurde Mitte 2007 das Projekt "Herbar-Digital" gestartet. In dem Forschungsprojekt "Herbar-Digital" sollen aus 3,5 Millionen Papierbögen (Herbarbelege) des Botanischen Museums Berlin möglichst alle Objekte erkannt werden und separat verarbeitbar sein. Bei den Objekten handelt es sich um Barcodes, Tüten, Stempel, Farbtabellen, Elemente aus dem Pflanzenbereich sowie Hand- und Druckschriften. Es soll unter Zuhilfenahme des ADA-BOOST-Algorithmus vom Verfasser eine Objekterkennung realisiert werden, die folgende Eigenschaften aufweist: Position der zu erkennenden Objekte im Bild variabel, auch dreidimensionale - und konturschwache Objekte müssen erkannt werden, gleiche Objekte unterschiedlicher Form müssen erkennbar sein, das System muss lernfähig sein.