07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Digital factory transformation from a servitization perspective : fields of action for developing internal smart services(2023) Neuhüttler, Jens; Feike, Maximilian; Kutz, Janika; Blümel, Christian; Bienzeisler, BerndIn recent years, a complex set of dynamic developments driven by both the economy and the emergence of digital technologies has put pressure on manufacturing companies to adapt. The concept of servitization, i.e., the shift from a product-centric to a service-centric value creation logic, can help manufacturing companies stabilize their business in such volatile times. Existing academic literature investigates the potential and challenges of servitization and the associated development of data-based services, so-called smart services, with a view to external market performance. However, with the increasing use of digital technologies in manufacturing and the development of internal smart services based on them, we argue that the existing insights on external servitization are also of interest for internal transformation. In this paper, we identify key findings from service literature, apply them to digital factory transformation, and structure them into six fields of action along the dimensions of people, technology, and organization. As a result, recommendations for designing digital factory transformation in manufacturing companies are derived from the perspective of servitization and developing internal smart services.Item Open Access Entwicklung einer Methode zur Analyse der Tätigkeitsverteilung in Laborumgebungen der Lebenswissenschaften(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2022) Castor, Jörg; Spath, Dieter (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)Laborarbeit der Lebenswissenschaften verändert sich. Wichtige Treiber sind dabei die Informatisierung und Automatisierung von Laborarbeit, die fachübergreifende Zusammenarbeit und Kommunikation sowie der steigende Anteil an wissensbasierter, theoretischer Arbeit. Die Auseinandersetzung mit Forschung und Praxis der Laborarbeit in den Lebenswissenschaften zeigte einen Mangel an wissenschaftlichen Erkenntnissen und Untersuchungen zu diesem Thema. Es existiert kein wissenschaftlicher Ansatz tätigkeitsbezogene Aspekte der lebenswissenschaftlichen Forschung und ihren Arbeitsorten systematisch zu untersuchen, um ein besseres Lagebild zur Arbeit in lebenswissenschaftlichen Laborumgebungen zu erhalten. Eine fundierte gestalterische Auseinandersetzung mit den prognostizierten und wahrnehmbaren Veränderungen von Laborarbeit kann so kaum erfolgen. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist daher die Entwicklung einer wissenschaftlichen Methode zur Analyse der Tätigkeitsverteilung in Laborumgebungen der Lebenswissenschaften, um Anhaltspunkte für mögliche Fehlnutzungen, Verdrängungseffekte und andere Wirkungen im Spannungsfeld von Raum und Tätigkeiten zu bekommen. Die Methode ermöglicht zudem Aussagen zur Flächeneffizienz von Laborumgebungen. Der Begriff Laborumgebung beschreibt in der Arbeit den räumlichen Zusammenhang von Laboren mit Laborbänken, Laborabzügen, Schreib-/Auswerteplätzen, Sonderlaboren, Laborlagern sowie Büros und Kommunikationsflächen. Für die Anwendung der Methode werden jeweils nass-präparative Tätigkeiten, Schreib-, Lese- und Auswertetätigkeiten sowie Kommunikationstätigkeiten gebündelt. Kommunikationstätigkeiten werden eine besondere Relevanz in der modernen Forschungsarbeit zugeschrieben. Sie sind zudem die einzigen Tätigkeiten, die an allen Arbeitsorten in Laborumgebungen vorkommen. Als weitere Anwendung lässt die Methode daher eine Beurteilung der Qualität des raumbezogenen Informationsflusses und der tätigkeitsadäquaten Nutzung der Arbeitsorte in der Laborumgebung mittels eigener Qualitätsparameter für Kommunikation zu. In der praktischen Anwendung der Methode wird deutlich, dass die wissenschaftliche Herangehensweise gerade bei Einzeluntersuchungen einen gewissen Aufwand erfordert. Die Methode zeigte aber einen guten Praxisnutzen - insbesondere bei einer vergleichenden Untersuchung wie im Anwendungsbeispiel. So wurden durch die Vergleichsmöglichkeit im Anwendungsbeispiel sowohl Vorteile der effizienten Flächennutzung einer modernen »Multi-Space« Laborumgebung sichtbar, als auch die dadurch bedingten Schwierigkeiten hinsichtlich der Verdrängung raumtypischer Arbeitsweisen in dichteren räumlichen Funktionszusammenhängen.Item Open Access Ein Modell zur Auslegung und multikriteriellen Bewertung von Energiesystemen zur nachhaltigen Integration der Elektromobilität(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2024) Göhler, Georg; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)Die Vernetzung des Strom- und Mobilitätssektors stellt zukünftig vor allem für die Stromnetze eine große Herausforderung dar. Die Forschungslücke im Kontext dieser Arbeit liegt in der Einbindung der Elektromobilität als flexiblen Verbraucher in Energiesysteme bei gleichzeitiger Bewertung von Wirtschaftlichkeit und Ökologie. Um diese Lücke zu schließen, wurde ein flexibles und modulares Simulationsmodell zur Planung von Energiesystemen in der frühen Phase entwickelt, das die Integration von Elektrofahrzeugen in besonderem Maße berücksichtigt. Die Validierung bestätigt, dass die Simulationsergebnisse bei einer 1-minütigen Zeitschrittweite ausreichend genau und für diesen Planungsprozess geeignet sind. Durch das hier entwickelte Modell können in kurzer Zeit viele verschiedene Energiesystemvarianten, Betriebsstrategien und innovative Energiekonzepte berechnet und miteinander verglichen werden. Besonderes Augenmerk wurde auf die Anpassungsfähigkeit und potenzielle Erweiterungen gelegt: Das Modell bietet die Schnittstellen und die Flexibilität für Weiterentwicklungen, um zukünftige Entwicklungen im Technologiebereich zu berücksichtigen.Item Open Access Hydrogen micro-systems : households’ preferences and economic futility(2024) Klingler, Anna-Lena; Dörr, JulianThis study examines the potential market for residential hydrogen systems in light of the trends towards digitalisation and environmental awareness. Based on a survey of 350 participants, the results indicate that although energy experts are sceptical about the benefits of residential hydrogen systems due to their high costs, households are highly interested in this technology. The sample shows a willingness to invest in hydrogen applications, with some households willing to pay an average of 24% more. An economic assessment compared the cost of a residential hydrogen system with conventional domestic energy systems, revealing significant additional costs for potential buyers interested in hydrogen applications.Item Open Access BANULA : a novel DLT-based approach for EV charging with high level of user comfort and role-specific data transparency for all parties involved(2024) Stetter, Daniel; Höpfer, Tobias; Schmid, Marc; Sturz, Ines; Falkenberger, Simon; Knoll, NadjaThe core goal of the BANULA research project is to combine customer-oriented and grid-compatible charging of electric vehicles. It addresses the current challenges of the e-mobility ecosystem from the perspective of grid operators and charging infrastructure users and creates added value for every mass market role involved. In the project, the idea of a virtual balancing group based on blockchain technology is implemented. Thereby, it enables extended data acquisition, a real-time data exchange between grid and market participants, proper balancing and grid node-specific load flow determination and, thus, load management.Item Open Access Knowledge management for smart cities : standardization and replication as policy instruments to foster the implementation of smart city solutions(2023) Ruess, Patrick; Lindner, RenéAs cities tackle a variety of recent challenges, such as climate change or resilience against natural hazards, the concept of smart cities has increasingly moved into the spotlight to provide technological solutions as appropriate countermeasures. European policymakers chose the systematic funding of smart city initiatives to incentivize and accelerate innovation and sustainability transitions by disseminating knowledge, data, and information. As this undertaking is complex, there is a pressing need to involve and engage capable stakeholders to successfully implement and operate smart city projects. To ensure the diffusion and effectiveness of these initiatives, activities towards replication and standardization as knowledge management instruments have been applied in some of these research projects. However, there is a knowledge gap on how standardization can be combined with replication efforts. As one possible answer, the lighthouse project Smarter Together has actively integrated standardization in its replication activities, resulting in the development of the CEN Workshop Agreement 17381 for describing and assessing smart city solutions. The analysis of these activities resulted in the development of 11 assumptions, which show the role of standardization as a knowledge carrier for replication activities and as a facilitator for stakeholder engagement. These findings reinforce the chosen and future policy decisions.Item Open Access Das Büro : eine Einführung(2022) Käfer, Alina; Bockstahler, Milena; Jurecic, MitjaDer vorliegende Einführungsbeitrag stellt verschiedene Forschungsergebnisse des Fraunhofer IAO vor, welche die veränderten Anforderungen an die Arbeits- und Bürowelt aufzeigen. Darüber hinaus werden Erfolgsfaktoren für die Gestaltung zukünftiger Arbeits- und Büroumgebungen dargestellt, insbesondere für die erfolgreiche Zusammenarbeit innerhalb von Teams. Schließlich werden beispielhaft Einsatzmöglichkeiten von Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) beschreiben. Die COVID19-Pandemie ist ein einschneidendes Ereignis für die Arbeitswelt: viele Arbeitnehmende nutzen seitdem vollständig oder ergänzend zur Büroarbeit mobiles Arbeiten, um von zu Hause aus arbeiten zu können. Hybride Arbeitsmodelle, wie das kombinierte Arbeiten im Büro und von zu Hause aus oder unterwegs sind inzwischen in der breiten Masse der Unternehmen und für Wissensarbeitenden angekommen. Unsere Studien zeigen, dass Beschäftigte vor allem für Konzentrationsarbeit und (Video‑)Telefonate gerne von zu Hause aus arbeiten, da sie diese Tätigkeiten dort besser erledigen können. Gründe hierfür liegen unter anderem in den Störfaktoren: So hat sich gezeigt, dass sich ein Großteil der Befragten bei ihrer Arbeit im Büro wesentlich gestörter fühlen als bei der Arbeit zu Hause, was wiederum auch mit den Arbeitsverhältnissen zu Hause zusammenhängt (u. a. Betreuungssituation, eigenes Arbeitszimmer). Bei der räumlich verteilten Zusammenarbeit muss zwingend darauf geachtet werden, dass der Informationsfluss zwischen den Mitarbeitenden, die Kreativität und die Produktivität nicht leiden. Unsere Studien belegen zudem, dass vor allem die persönliche Kommunikation und Kollaboration mit Kolleginnen und Kollegen wichtige Attraktoren sind, um in das Büro zu(rückzu)kehren. Jeder Besuch im Büro folgt einer bewussten Entscheidung, z. B. soziales Netzwerken oder ob alle Aufgaben im Tagesverlauf effizient erledigt werden können. Bei der Gestaltung von Arbeits- und Büroumgebungen zeigt sich, dass vor allem vielfältige Arbeitsumgebungen mit unterschiedlichen Flächen für Zusammenarbeit, aber auch für Rückzug zur individuellen, fokussierten Einzelarbeit entscheidende Erfolgsfaktoren darstellen und zur Zufriedenheit der Mitarbeitenden wesentlich beitragen. Dabei ist vor allem auch die Flexibilität und individuelle Anpassbarkeit der Raum- und Bürostruktur von großer Bedeutung. Die Ergebnisse der Studien zeigen, dass die Arbeits- und Büroflächen vielfältiger, flexibler und teamzentrierter werden müssen, um den sich verändernden Anforderungen gerecht zu werden. Mitarbeitenden sollten für jede ihrer Tätigkeiten den optimalen Arbeitsort und die für sie notwendigen technologischen Arbeitsmöglichkeiten bereitgestellt werden. Dabei kann der zielgerichtete Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologie unterstützen. Für Unternehmen empfiehlt sich, die Bedürfnisse und Tätigkeiten ihrer Mitarbeitenden genauer als bisher zu analysieren, um möglichst passgenaue Lösungen für die zukünftige, hybride Arbeits- und Bürowelt zu entwickeln.Item Open Access Metal sourcing for a sustainable future(2022) Renn, Ortwin; Gloaguen, Richard; Benighaus, Christina; Ajjabou, Leila; Benighaus, Ludger; Del Rio, Virginia; Gómez, Javier; Kauppi, Sari; Keßelring, Michaela; Kirsch, Moritz; Komac, Marko; Kotilainen, Juha; Kozlovskaya, Elena; Lyytimaki, Jari; McCallum, Cathryn; Mononen, Tuija; Nevalainen, Jouni; Peltonen, Lasse; Ranta, Jukka-Pekka; Ruiz, Stephane; Russill, Jon; Wagner, FrankDrastic measures are required to meet the standards of the Paris Agreement and limit the increase of global average temperatures well below 2°C compared to pre-industrial levels. Mining activities are typically considered as unsustainable but, at the same time, metals such as cobalt and lithium are essential to sustain the energy transition. Several sustainability goals defined by the United Nations (UN) require large quantities of raw materials. Exploration and extractives activities are required in order to contribute to meeting sustainability standards. Future sourcing of metals will need to implement procedures that go well beyond current ecological, economic, and social requirements and practices. In this paper we assess the usual sustainability criteria and how they apply to the extractives sector. Sustainability can only be achieved if one accepts that the natural capital can be substituted by other forms of capital (so called weak concept of sustainability). Sourcing the raw materials increasingly demanded by our societies will need transparent and inclusive stakeholder participation as well as a holistic understanding of the impact of extractives activities to reach this weak sustainability status. Our analysis shows that the sustainability of mining cannot be reached without harmonized political instruments and investment policies that take the three pillars of environmental, economic, and social sustainability as a major priority.Item Open Access Combining brain-computer interfaces with deep reinforcement learning for robot training : a feasibility study in a simulation environment(2023) Vukelić, Mathias; Bui, Michael; Vorreuther, Anna; Lingelbach, KatharinaDeep reinforcement learning (RL) is used as a strategy to teach robot agents how to autonomously learn complex tasks. While sparsity is a natural way to define a reward in realistic robot scenarios, it provides poor learning signals for the agent, thus making the design of good reward functions challenging. To overcome this challenge learning from human feedback through an implicit brain-computer interface (BCI) is used. We combined a BCI with deep RL for robot training in a 3-D physical realistic simulation environment. In a first study, we compared the feasibility of different electroencephalography (EEG) systems (wet- vs. dry-based electrodes) and its application for automatic classification of perceived errors during a robot task with different machine learning models. In a second study, we compared the performance of the BCI-based deep RL training to feedback explicitly given by participants. Our findings from the first study indicate the use of a high-quality dry-based EEG-system can provide a robust and fast method for automatically assessing robot behavior using a sophisticated convolutional neural network machine learning model. The results of our second study prove that the implicit BCI-based deep RL version in combination with the dry EEG-system can significantly accelerate the learning process in a realistic 3-D robot simulation environment. Performance of the BCI-based trained deep RL model was even comparable to that achieved by the approach with explicit human feedback. Our findings emphasize the usage of BCI-based deep RL methods as a valid alternative in those human-robot applications where no access to cognitive demanding explicit human feedback is available.Item Open Access A generative design of collaborative innovation space(2023) Klooker, Marie; Hölzle, KatharinaA workplace for collaboration can be a powerful tool for fostering collaborative innovation in an organization. However, many organizations have failed in realizing the benefits of collaborative innovation workplaces. Applying a sociomaterial lens to an empirical investigation of the creation and genesis of workplaces for collaborative innovation in six organizations, we expand the focus beyond identifying workplace's material and social elements to the emergence of a collaborative innovation space as an effective workplace for collaboration. We develop a dynamic generative design model for collaborative innovation spaces. This model draws the attention to practices involved in the creation of such space instead of spatial characteristics only. It presents three dimensions for creating collaborative innovation spaces: the collaborative workplace consisting of collaborative spatial layout, work practices, and organizational structures. All are created and manifested by means of a collaborative–participatory design approach and the practice of generative reflection instead of conventional evaluation measures. Ultimately, a mindset shift is set in motion, generating a sustainable emergence of a collaborative innovation space. We conclude that a collaborative innovation space as an in‐between space cannot be deliberately designed but rather evolves over time. Using our generative design model, organizations and stakeholder can actively become part of this emergence process.