RePro

Projekt RePro - Resiliente Kommunikationssysteme

Laufzeit:
01. 01. 2023 – 31.12. 2025

Förderung:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Projektträger:
VDI/VDE Innovation + Technik GmbH

Profilbild Yasin Bulut

Yasin Bulut

Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik

yasin.bulut(at)tu-braunschweig.de

Profilbild Zexu Zhang

Zexu Zhang

Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik

zexu.zhang(at)tu-braunschweig.de

 

Resiliente Kommunikationssysteme für sichere und flexible Produktionssysteme - RePro

Im Projekt Resiliente Kommunikationssysteme für sichere und flexible Produktionssysteme (RePro) wird eine resiliente und leistungsstarke Netzwerk- und Datenverarbeitungsinfrastruktur für automatisierte, flexible Produktionsumgebungen entwickelt. Heutige Campusnetzwerke können bestimmte Anforderungen, wie etwa geringe Latenz, hohe Zuverlässigkeit und schnelle Datenübertragung erfüllen, indem sie die Netzwerkparameter gezielt anpassen. Jedoch werden die Optionen zur intelligenten Anpassung und Verarbeitung von Daten für eine resiliente Kommunikation oftmals nicht vollständig ausgeschöpft. Demgegenüber wird im Projekt RePro eine hybride Kommunikationssystemarchitektur entwickelt. Diese nutzt intelligente Steuerungsmechanismen, um die vorhandenen Netzressourcen effizient zu verwenden und sich an die anspruchsvollen Anforderungen von hochautomatisierten und flexiblen Produktionssystemen anzupassen. Im Vordergrund stehen hierbei neben ökonomisch vorteilhaften auch ökologisch nachhaltige Zielstellungen. Zur Erzielung einer anwendungsspezifischen und bestmöglichen adaptiven Resilienz kann die Systemplattform auf Technologien zur intrinsischen als auch extrinsischen Resilienzerzeugung zurückgreifen, die im Projekt entwickelt werden.

Ziele und Vorgehen

Folgende Forschungsaspekte werden im Projekt adressiert:

  • Neue Architekturen für resiliente Kommunikationssysteme, die die Resilienz von Grund auf im Design berücksichtigen, offene Schnittstellen bereitstellen, keine Insellösungen darstellen und die selbstständige und schnelle Abstimmung zur Störungserkennung und -behebung ermöglichen unter Gewährleistung der Kommunikationssicherheit.
  • Neue Technologien für resiliente Kommunikationssysteme, die die notwendige Dienstgüte der Anwendungen garantieren, wie z. B. durch das intelligente und sichere Steuern von Datenströmen in resilienten Transportnetzen, durch Mehrantennentechnologie oder durch das Koexistenz- und Interferenzmanagement zwischen verschiedenen Teilsystemen bei resilienter (drahtloser) Kommunikation.

Im Vorhaben werden die Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit von Systemen (Ausfall- und Angriffssicherheit), die Nachhaltigkeit, Flexibilität und Modularität der Systeme sowie die potenziellen Einsparungen bei beispielsweise Lager- und Transportkosten untersucht.

Im Rahmen des Forschungsprojektes RePro werden zwei konkrete Anwendungsfälle genauer betrachtet. Im ersten Anwendungsfall liegt der Fokus auf einer resilienten für autonomes Fahren in der Produktion. Hierbei wird besonders die Kommunikation zwischen autonom fahrenden Fahrzeugen, fahrerlosen Transportsystemen (AGV), den Montage- und Fertigungsschritten in der Produktion sowie der Peripherie analysiert. Der zweite Anwendungsfall befasst sich mit der Kommunikation in zirkulären Produktionssystemen innerhalb flexibler und modularer Fertigungsumgebungen.

Beide Anwendungsfälle führen zur Entwicklung einer Entscheidungsunterstützung, um ein bedarfsgerechtes, widerstandsfähiges Kommunikationssystem in Produktionsumgebungen zu implementieren. Die entstehende Entscheidungsunterstützung soll den Nutzern ermöglichen, aus verschiedenen Standards (IEEE, 3GPP, ...) und technologischen Varianten (5G, 6G, WiFi, LoRa, ...) auswählen zu können, um dadurch die Resilienz im entsprechenden Anwendungsfall zu steigern. Durch eine kontinuierliche Risikobewertung mit dynamischer Sicherheitskonfiguration erfolgt automatisch eine Bewertung der Sicherheit. Ein Beitrag zur Standardisierung der Systeme wird mit der Entwicklung eines Zertifizierungssystems geleistet.

Ansätze und Nutzen (Projektziele)

RePro liefert die Datenbasis, um neue Kommunikations- und Datenverarbeitungsinfrastruktur zu entwickeln. Zu Beginn werden die produktionsseitigen Anforderungen an ein resilientes Kommunikationssystem sowie geeignete Messmethoden zur Performanceindikation als Be-wertungsgrundlage für die Entwicklungsarbeiten spezifiziert. Anschließend werden neue flexible Kommunikationssystemarchitekturen und Scheduling- & Ressourcenvergabealgorithmen für einen intrinsischen Resilienzaufbau parallel zu mechanistischen und datengetriebenen Modellen des Produktionssystems für einen extrinsischen Resilienzaufbau entwickelt und getes-tet. Diese Techniken und Methoden werden im Produktionsumfeld für zwei Anwendungsszenarien (autonomes Fahren und flexible, interaktive Produktion) implementiert. Die Gewinne hinsichtlich der Ausfallsicherheit, Resilienz, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit werden in verschiedenen Szenarien bewertet. Weitere Bewertungskriterien hinsichtlich der Standardisierbarkeit der Lösungen erlauben zudem neue Zertifizierungsansätze für Produktionsszenarien unter Einsatz resilienter Kommunikationssysteme. Das Projekt RePro adressiert entscheidende Hürden, welche durch die Entwicklung resilienter Kommunikationssysteme und Netzwerktechnologien überwunden und auf diese Weise die Wettbewerbsfähigkeit deutscher und europäischer Produktionsstandorte gestärkt werden können.

Projektkonsortium

Dieses Projekt ist eine Kooperation zwischen vier Instituten der TU Braunschweig und drei Industriepartnern.

  • TU BS Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF)
  • TU BS Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund (IBR)
  • TU BS Institut für Nachrichtentechnik (IfN)
  • TU BS Institut für Fahrzeugtechnik (IfF)
  • Volkswagen AG
  • TÜV SÜD Digital Service GmbH
  • Sentics GmbH