Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Humboldt-Universität zu Berlin, Albrecht Daniel Thaer-Institut für Agrar- und Gartenbauwissenschaften, Fachgebiet Urbane Ökophysiologie der Pflanzen durchgeführt. Ziel und Innovation des Vorhabens ist die smarte Vernetzung intensiver agrarischer Produktionssysteme am Beispiel Fisch, Pflanze und Insekt (CUBES) zu einem Gesamtsystem (CUBES Circle) mit weitgehend geschlossenen Energie- und Stoffkreisläufen. Durch Einbindung neuester Produktionstechnologien, der Verwendung und Weiterentwicklung von commercial-off-the-shelf-Bausteinen, der Kopplung des Systems mit seiner Umwelt sowie der konsequenten Verfolgung eines Zero-Waste-Ansatzes wird eine bisher unerreichte Ressourcen- und Energieeffizienz bei gleichzeitig optimierter Produktivität gesunder Nahrungsmittel angestrebt. Der CUBES Circle geht in seiner Umweltbilanzierung sogar noch einen Schritt weiter. Es werden nicht nur die benötigten Energie- und Stoffmengen wie Exergie, Wasser und Nahrung aus Produkt- oder Reststoffen der jeweiligen anderen Produktionssysteme gewonnen, sondern Prozessexergie erzeugt, welche an die Umgebung (z. B. Industrieprozesse, urbane Infrastruktur) abgegeben werden kann. Darüber hinaus werden ganzheitliche Modelle der Stoffflusslenkung im CUBES Circle erstellt, so dass die Produktion durch smarte Regelungsmaßnahmen dynamisch an Umweltbedingungen angepasst werden kann.
Das Projekt "Teilprojekt E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Ziel und Innovation des Vorhabens ist die smarte Vernetzung intensiver agrarischer Produktionssysteme am Beispiel Fisch, Pflanze und Insekt (CUBES) zu einem Gesamtsystem (CUBES Circle) mit weitgehend geschlossenen Energie- und Stoffkreisläufen. Durch Einbindung neuester Produktionstechnologien, der Verwendung und Weiterentwicklung von commercial-off-the-shelf-Bausteinen, der Kopplung des Systems mit seiner Umwelt sowie der konsequenten Verfolgung eines Zero-Waste-Ansatzes wird eine bisher unerreichte Ressourcen- und Energieeffizienz bei gleichzeitig optimierter Produktivität gesunder Nahrungsmittel angestrebt. Der CUBES Circle geht in seiner Umweltbilanzierung sogar noch einen Schritt weiter. Es werden nicht nur die benötigten Energie- und Stoffmengen wie Exergie, Wasser und Nahrung aus Produkt- oder Reststoffen der jeweiligen anderen Produktionssysteme gewonnen, sondern Prozessexergie erzeugt, welche an die Umgebung (z. B. Industrieprozesse, urbane Infrastruktur) abgegeben werden kann. Darüber hinaus wird Wissen über die Stoffflusslenkung im CUBES Circle generiert, so dass die Produktion durch smarte Regelungsmaßnahmen dynamisch an Umweltbedingungen angepasst werden kann. Wissenschaftliche Bedeutung der Innovation: Ein raumoptimiertes Produktionssystem über drei trophische Ebenen, dessen Stoff- und Energieströme in die Umgebung eingebettet sind und welches eine Zero-Waste-Philosophie verfolgt, ist in der angedachten Form weltweit einmalig. Der hohe Komplexitätsgrad des CUBES Circle kann nur durch einen systemorientierten Ansatz vollständig erfasst werden, wobei dessen Realisierung zahlreiche Innovationen vereint. Zu diesen zählen neben ionenselektiven Sensoren, thermischer Solarenergiegewinnung und einer Prozesssteuerung nach Pflanzensignalen auch Tageslichtleitsysteme. Die Konnektivitätsbewertung erfolgt durch den Einsatz stabiler Nährstoffisotopen. Es werden damit erstmals Nährstoffflüsse über mehr als zwei trophischen Ebenen wissenschaftlich untersucht.
Das Projekt "Emob: PuLS - Innovationen für eine nachhaltige Mobilität: Parken und Laden in der Stadt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dortmund, Lehrstuhl für Kommunikationsnetze , CNI durchgeführt. Das Projekt PuLS betrachtet die Möglichkeiten der Digitalisierung im Kontext der Herausforderungen der Energiewende und urbanen Prozesse am Beispiel von Park- und Ladeinfrastruktur-Sharing. Neben öffentlichen sollen hierbei auch private Parkplätze und Ladepunkte für Elektrofahrzeuge auf privatem Grund über die PuLS-Plattform nutzbar sein. Die Verfügbarkeit von Park- und Ladeplätzen wird durch Sensoren erfasst und in der PuLS-Plattform bereitgestellt, sodass dem Park- und Ladeplatz-Suchenden Live-Verfügbarkeitskarten zur Verfügung stehen. Neben der Erfassung des Parkraums integriert die Plattform weitere Sensoren zur Verkehrsfluss- und Luftqualitätserfassung zum Echtzeit-Monitoring. Die Bereitstellung einer solchen Plattform stellt neue Herausforderungen an energietechnische und kommunikationstechnische Systeme. Vor dem Hintergrund typischer Netzkonfigurationen aus dem PuLS Pilotraum werden netzdienliche Lademanagementkonzepte abgeleitet, um die dynamische Belastung der verteilten Elektrofahrzeug-Ladepunkte zu reduzieren. Zusätzlich zur Analyse der Energienetze wird auch die Belastung der Kommunikationsnetze durch die Einbindung einer Vielzahl von verteilten Sensoren untersucht. Hierbei werden verschiedene Kommunikationsnetz-Ansätze wie öffentlicher Mobilfunk (LTE /NB-IoT) sowie LoRaWAN als relevante Technologie der Low Power Wide Area Networks auf ihre Leistungsfähigkeit hin untersucht und miteinander vergleichen. Für die Analyse der Energie- und Kommunikationsnetze werden die Anforderungen der PuLS-Umgebung in detaillierte Szenarien sowie Netz- und Datenverkehrsmodelle überführt und anschließend simulativ untersucht. Zur Evaluierung der Simulationsergebnisse wird in einem weiteren Schritt in einer Laborumgebung der TU Dortmund ein Ende-zu-Ende Systemdemonstrator aufgebaut, der eine Leistungsanalyse auf Basis realer Hardware ermöglicht. Die betrachteten Kommunikationsnetze werden weiter in einem feldtechnischen Aufbau in realen Umgebungen erprobt und evaluiert.
Das Projekt "Studien- und Forschungsstipendien von heute für Megacities von morgen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutscher Akademischer Austausch Dienst durchgeführt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert im Rahmen der Initiative 'Energie- und klimaeffiziente Strukturen in urbanen Wachstumszentren' internationale Kooperationsprojekte, in denen deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gemeinsam mit Partnern in Vietnam, Indien, China, Iran, Peru, Südafrika, Äthiopien und Marokko lösungsorientierte Innovationsstrategien und Managementkonzepte für ausgewählte Städte ausarbeiten und umsetzen. Das Fachprogramm 'Studien- und Forschungsstipendien von heute für Megacities von morgen', das ebenfalls aus Mitteln des BMBF finanziert wird, bietet hochqualifizierten ausländischen Studierenden, Doktoranden, Postdocs und Senior Scientists aus o.g. Ländern die Möglichkeit, in projektrelevanten Fachgebieten zu studieren bzw. zu forschen. Die Studien und Forschungen sollen an den deutschen Hochschulen durchgeführt werden, die an den Kooperationsprojekten beteiligt sind.
Das Projekt "Teilvorhaben: Virtuelles Modell der Lernfabrik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SDZ SimulationsDienstleistungsZentrum GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Mit dem Projekt ILehLe wird die herkömmliche Lernfabrik mit Computersimulationen innoviert und zu einer neuartigen, selbstlernenden Lernfabrik weiterentwickelt, der intelligenten Lehr-Lernfabrik. Eine Komponente ist ein virtuelles Modell der Lernfabrik, das für die Lernenden einen Zugang zu den Themen Energie- und Ressourceneffizienz schafft. Das virtuelle Modell bildet dazu die physische Lernfabrik als Simulationsmodell ab und ergänzt diese um zusätzliche Aspekte einer Fabrik. Das virtuelle Modell ist mit der physischen Lernfabrik gekoppelt sowie mit dem adaptiven Learning Management System (LMS) als weiterer Komponente von ILehLe. Das virtuelle Modell übernimmt Systemzustände der physischen Lernfabrik und kann diese steuern. Im Teilvorhaben wird auf Standards der Simulation in der Automobilindustrie aufgesetzt, um diese für die spezifischen Anforderungen von ILehLe zu erweitern. Dazu werden Bausteine für das virtuelle Abbild der Lernfabrik entwickelt sowie Bausteine für die Integration des virtuellen Modells mit den übrigen Komponenten von ILehLe. 2. Arbeitsplanung Die SDZ GmbH übernimmt in dem Teilvorhaben die Koordinierung der Entwicklung des virtuellen Modells und bringt als Industriepartner die notwendige Erfahrung für dessen Umsetzung in das Vorhaben ein. Als Technologiepartner übernimmt die SDZ GmbH die Umsetzung der zuvor gemeinsam mit den Anwendungs- und Forschungspartnern entwickelten Konzeption des virtuellen Modells sowie dessen Integration in das Gesamtsystem der intelligenten Lehr-Lernfabrik. Das Vorgehen gliedert sich in 6 Arbeitspakete: 1. Projektmanagement 2. Lehr-Lern-Methoden der Energie- und Ressourceneffizienten Fabrik 3. Lernerfolgsmessung und Feedbackmethoden zur adaptiven Lernprozesssteuerung 4. Virtuelle Abbildung und Simulation der Lernfabrik 5. Real-System Lernfabrik und Intelligentes Produkt 6. Adaptives Learning Management System 7. Implementierung in die industrielle und universitäre Aus- und Weiterbildung.
Das Projekt "Teilvorhaben: Messungen und Simulationsrechnungen für energieautarke Sensorsysteme zur Zustandsüberwachung von Güterwagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Land- und Seeverkehr, Fachgebiet Schienenfahrzeuge durchgeführt. Aufgrund der fehlenden Energieversorgung muss ein Energy-Harvesting System konstruiert werden, welches Energie aus der Umgebung wandelt und damit den Sensorknoten versorgt. Eine kabelgebundene Lösung ist aufgrund der geforderten freien Zugbildungsfähigkeit impraktikabel. Da die Umgebungsenergie nicht kontinuierlich zur Verfügung steht, ist ein anwendungsspezifisches Energiemanagement zu realisieren, welches die Messung, Datenverarbeitung und deren drahtlose Übermittlung zuverlässig ermöglicht. Insbesondere die verlässliche Datenübermittlung an den Triebwagenführer ist aufgrund einer Vielzahl störender Einflüsse und der Länge der Übertragungstrecke eine besondere Herausforderung. Abschließend müssen die Daten so aufbereitet werden, dass sie verlässliche Aussage über den aufgetretenen Fehler liefern und adäquate Reaktionen des Betriebspersonals ermöglichen. Des Weiteren ist eine Bewertung der Umweltwirkung und Wirtschaftlichkeit im Hinblick auf Energieverbrauch und Ressourcenbedarf im Vergleich zu konventionellen Lösungen notwendig. Gemäß diesen Anforderungen soll im Rahmen des Projektes die Umsetzung einer Zustandsüberwachung von Güterwagen am Beispiel eines mobilen Heißläuferdetektors für die Überwachung der Radlager von Kesselwagen gezeigt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Intelligente Lehr-Lernumgebung als innovatives, didaktisches Mittel in der Ingenieursausbildung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik durchgeführt. Die fortschreitende vierte industrielle Revolution zieht einen Wandel der Arbeitsplätze und der zugehörigen Anforderungsprofile nach sich. In Beruf und Ausbildung sehen sich Beschäftigte, Lehrlinge und Studenten diesem Umbruch gegenübergestellt. Für die Unternehmen und Bildungsträger ist es Aufgabe und Herausforderung zugleich, die benötigte (Weiter ) Qualifizierung bereitzustellen und zu vermitteln und dabei Rahmenbedingungen wie dem demografischen Wandel lösungsorientiert zu begegnen. Mit der Beantwortung dieser Frage beschäftigt sich die Intelligente Lehr-Lernumgebung (ILehLe). Im alltäglichen und beruflichen Leben sind Menschen sehr auf visuelle Reize fixiert. Im Projekt ILehLe wird unter anderem untersucht, wie alternative Sinneskanäle zur Situationsanalyse genutzt werden können. Intuitiv sollen so Probleme bzw. die 'Anlagen-Gesundheit' erkannt. Durch die akustische Wiedergabe von Taktzeiten an Maschinen kann dies durch Harmonien und Disharmonien verdeutlicht werden, Disharmonien weisen auf eine Anlagen-schädigende Betriebsart hin. Um die Lernenden optimal zu unterstützen, beschäftigt sich das Projektkonsortium mit der Entwicklung eines adaptiven Learning-Management-Systems. Es erkennt den aktuellen Lernfortschritt der einzelnen Lernenden und kann individuelle Hilfestellungen geben. Dabei wird auf die Lerngeschwindigkeit jedes Einzelnen Rücksicht genommen. Gezielt können Aufgaben gestellt werden, die fehlende Kompetenzen fördern oder unsichere Kompetenzen festigen. Am Ende des Lernprozesses besitzen alle Lernenden die Kompetenzen, die zuvor im System vorgegeben wurden. Um den Lern-Szenarien eine größere Tiefe zu verleihen, wird die physikalische Lernfabrik virtuell erweitert. Auf diese Weise ist es möglich, völlig neue Zusammenhänge darzustellen, die sonst nur durch größere und teurere Lernfabriken möglich wären. Ein weiterer positiver Aspekt ist, dass mithilfe der virtuellen Erweiterung technische Limitationen überwunden werden können. Lassen sich Anwendungen in der konkreten Lernfabrikumgebung physikalisch nicht oder nur unter erheblichen finanziellen Einsatz oder zeitlichem Aufwand umsetzen, so können diese virtuell vorgenommen werden. Im Rahmen des Projekts werden zwei Demonstratoren implementiert. An der TU Braunschweig wird die bestehende Experimentierfabrik um die oben genannten Komponenten erweitert. Die Lehrinhalte umfassen vorwiegend Themen und Methoden der Energie- und Ressourceneffiziente Produktion. Am Standort Wolfsburg, bei der Volkswagen AG, erfolgt die Umsetzung mit produktionslogistischen Lehrinhalten entsprechend der individuellen Kenntnisstände von Werkern, Teamleitern und Meistern in einer kooperativen Lehr-Lernumgebung. Die entwickelten Demonstratoren in Interaktion mit den Lernenden wird arbeitspsychologisch unter Begutachtung ethischer, sozialer und rechtlicher Fragestellungen evaluiert.
Das Projekt "Teilvorhaben: VCSEL Lasertrocknung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TRUMPF Photonic Components GmbH - Zweigniederlassung Aachen durchgeführt. Der Gegenstand des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung von nachhaltigen, sicheren, schnell aufladbaren Lithium-Ionen-Batterien (LIB) der nächsten Generation mit langer Lebensdauer in der Elektromobilitätsanwendung. Die 3 übergeordneten Ziele (1) Reduktion der Ladezeit zu weniger als 10 Minuten auf 95% SOC, (2) Materialoptimierungen im Batteriedesign und (3) Energie- und Kosteneinsparungen in der Produktion werden adressiert. Das Ziel des Teilvorhabens VCSEL Lasertrocknung ist es, ein neuartiges, großflächiges VCSEL-Lasersystem zu entwickeln, welches optimal für die Trocknung von Batterieelektroden geeignet ist. Optimal bedeutet hier ein Gesamtoptimum für die Trocknungsqualität (Batteriequalität), Energieverbrauch, Anlagengröße (Platzbedarf), Zuverlässigkeit und Kosten. Der Hauptvorteil der Lasertrocknung gegenüber konventioneller Konvektions- und IR-Trocknung ist die wesentlich höhere Leistungsdichte, so dass die Trocknung wesentlich schneller erfolgen kann. Dadurch sollte die Länge der Trocknungsöfen von derzeit 50 - 100 m deutlich reduziert werden können. Zudem erlauben Laser die Einkopplung der Energie dort, wo sie benötigt wird, anstatt die gesamte Umgebung aufzuheizen. Dies sollte zu signifikanten Energieeinsparungen führen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Adaptives Lehr-Leitsystem mit multisensorischem Feedback" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von c4c Engineering GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Mit dem Projekt ILehLe wird die herkömmliche Lernfabrik zu einer neuartigen, selbstlernenden Lernfabrik weiterentwickelt. Dabei ist ein Schwerpunkt des Teilvorhabens ein innovatives Feedbacksystem, das dem Lernenden über unterschiedliche Sinneskanäle ganzheitliche Rückmeldungen über den Produktionsprozess vermittelt. Darüber hinaus geben Sensoren in Echtzeit Rückmeldungen an ein adaptives Lehr-Leitsystem das auf dieser Basis den Lernfortschritt in der Lernfabrik auswertet und den Lernprozess individuell anpasst. Ein Ziel dabei ist es, Lernende mit unterschiedlicher Altersstruktur, Ausbildungsstand und kulturellem Hintergrund besonders zu berücksichtigen. 2. Arbeitsplanung Eine Anforderungsanalyse, die Entwicklung eines adaptiven Lernprozesses sowie die Virtualisierung des Methodenbaukastens der energie- und ressourceneffizienten Fabrik bilden die Grundlage für die Entwicklung eines zentralen Lehr-Leitsystems (LMS). Parallel zum LMS wird das Feedbacksystem, bestehend aus dem intelligenten Produkt, den Signalgebern sowie der sensorischen Erfassung des Lernfortschrittes erarbeitet. Aufbauend auf der an der TU Braunschweig bestehenden umfangreichen Lernfabrik-Umgebung wird abschließend die Implementierung des Gesamtsystems zur Erprobung der lernenden Lernfabrik vorgenommen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Anforderungsanalyse und industrielle Anwendung der lernenden Lernfabrik im Volkswagen Konzern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Volkswagen AG durchgeführt. 1. Vorhabenziel Um Prozesse des lebenslangen Lernens tiefer in Unternehmen zu verankern, wird eine ganzheitliche Lernkultur mit modernen Lehr-Lernumgebungen benötigt, in denen die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter losgelöst von Workshops oder Fortbildungen jederzeit und eigenständig lernen können. Für die Aneignung des Wissens über industrielle Produktionsprozesse hat sich in den vergangenen Jahren hierfür das Konzept der Lernfabrik etabliert. Mit dem Projekt ILehLe wird die herkömmliche Lernfabrik mit Computersimulationen innoviert und zu einer neuartigen, selbstlernenden Lernfabrik weiterentwickelt: Mittels Sensoren und Algorithmen wird der Lernfortschritt in der Lernfabrik ausgewertet und direkt dem Lernprozess individuell angepasst. Der Lernende bekommt über unterschiedliche Sinneskanäle ein ganzheitliches Feedback. Durch die Einbindung von Methoden des Game-based Learning wird schließlich der bestehende technisch-organisatorische Fokus von Lernfabriken erweitert. Die lernende Lernfabrik stellt den Lernenden selbst in den Mittelpunkt und passt sich dynamisch seinem jeweiligen Lernstand und Lerntempo an, um so den individuellen Lernprozess möglichst effektiv und effizient zu organisieren. 2. Arbeitsplanung Aufbauend auf den bereits bestehenden Lernfabriken im Volkswagen Werk Wolfsburg wird die technische Infrastruktur für die prototypische Implementierung und Erprobung der lernenden Lernfabrik erweitert. Schwerpunkte sind die Entwicklung des Methodenbaukastens der energie- und ressourceneffizienten Fabrik, die Entwicklung des physikalischen Real-Systems der Lernfabrik und des intelligenten Produkts sowie der zugehörigen Feedbackmechanismen.
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