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Abschlussbericht zu LoCA - Sichere UWB-basierte Lokalisierung und Kollisionsvermeidung in Offshore-Windparks für Installation, Inspektion und Wartung; Teilvorhaben: Sichere UWB-Lokalisierung mit mehreren Antennen zur infrastrukturfreien Ortung von Drohnen
Get PDFLoCA entwickelt ein Ultra-Wideband-(UWB)-System, das Drohnen und Helikopter in Offshore-Windparks hochpräzise im Zentimeterbereich lokalisiert – selbst dort, wo GPS gestört oder komplett abgeschattet ist. Damit können Flugobjekte auch unter Plattformen, in Gitterstrukturen oder nah an Windkraftanlagen zuverlässig positioniert werden. Die UWB-Technologie ermöglicht sowohl absolute Positionierung (z. B. gegenüber Infrastruktur) als auch relative Lokalisierung innerhalb von Drohnenschwärmen. Durch
selbstkalibrierende Algorithmen können Drohnen sogar ohne feste Ankerpunkte ihre Position bestimmen, indem sie lediglich ihre gegenseitigen UWB-Abstände nutzen. Diese präzise Lokalisierung bildet die Grundlage für sichere Flugmanöver, stabile Inspektionen
im Nahbereich und automatisierte Kollisionsvermeidung zwischen Drohnen, Helikoptern, Schiffen und Offshore-Strukturen
Abschlussbericht
No full textDas Verbundprojekt HiFi (Hochintegrierter Quantenfrequenzkonverter höchster Fidelität auf Basis innovativer Laser-, Faser- und Produktionstechnologie) verfolgt die systematische Weiterentwicklung von Quantenfrequenzkonvertern (QFC) und der hierfür benötigten Basistechnologien. Als konkretes Anwendungsszenario dienen glasfaserbasierte Quantennetzwerke mit Kommunikationswellenlängen im Telekommunikations-C-Band um 1,55 µm. Da die Emissionswellenlängen gängiger Qubit-Plattformen im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich liegen, ist eine Wellenlängenkonversion in das Telekommunikationsband erforderlich. Zentrale Anforderungen an QFC sind dabei eine hohe Konversionseffizienz sowie ein geringes Rauschen. Besonders anspruchsvoll ist dies für Plattformen, deren Emissionswellenlänge kürzer als die Hälfte der Zielwellenlänge ist, da der Konversionsprozess in diesem Fall hohes Rauschen Rauschen im Zielband erzeugen kann. Einer breiten technischen Verfügbarkeit von QFC steht darüber hinaus bislang der geringe technologische Reifegrad ihrer Umsetzung entgegen, der sich heute überwiegend auf dem Niveau wissenschaftlicher Laboraufbauten bewegt. Im Teilvorhaben des Fraunhofer ILT – Design und Umsetzung kompakter Quantenfrequenzkonverter höchster Fidelität & Frequenzstabile 2.X µm Halbleiter-Scheibenlaser hoher Leistung – wurden die konzeptionellen, optischen, mechanischen und fertigungstechnischen Grundlagen für einen solchen Konverter erarbeitet. Die Arbeiten umfassten die Systemauslegung und Optimierung eines neuartigen zweistufigen Frequenzkonversionskonzepts auf Basis periodisch gepolter Lithiumniobat-Wellenleiter, die Entwicklung eines kompakten und thermisch stabilen optomechanischen Designs sowie die Erarbeitung reproduzierbarer Montage- und Justagestrategien für die automatisierte Fertigung. Ziel war die Überführung des Konzepts von einem Laboraufbau in einen vollintegrierten Technologiedemonstrator, der hohe Konversionseffizienz und geringe Rauschrate in einer robusten, anwendungsorientierten Bauform vereint
Final report on the joint project SpaZiel - Optimised and automated target network planning for distribution networks across voltage levels
No full textDurch den Zuwachs von Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen im Rahmen der Energiewende wird eine tiefgreifende Transformation der elektrischen Netze erforderlich. Dabei verändern sich nicht nur die Randbedingungen und Zukunftsszenarien immer schneller, auch die klassische Spannungsbandaufteilung zwischen der Nieder- und Mittelspannungsebene gerät an ihre Grenzen. Um mit Zielnetzplanungen auf die schnelleren Änderungen zu reagieren und eine flexiblere Spannungsbandaufteilung zu erreichen, wurde im Vorhaben eine Methode und ein Software-Prototyp zur spannungsebenenübergreifenden automatisierten Zielnetzplanung entwickelt. Dabei wurden konventionelle (insbesondere Leitungstausch) und innovative (rONT, Last- und Einspeisemanagement, Blindleistungsmanagement, Ortsnetzstationsplatzierung und Trennstellenoptimierung) Planungsansätze berücksichtigt und integriert. Mit Hilfe des Software-Prototyps wurde die Methode auf 8 Mittelspannungsnetzgebiete assoziierter Partner mit ihren jeweiligen unterlagerten Niederspannungsnetzen angewendet. Hierbei zeigt die spannungsebenenübergreifende automatisierte Zielnetzplanung Einsparpotenziale von ca. 5 % bis ca. 36 % im Vergleich zu einem spannungsebenenseparaten automatisierten Ansatz. Weitere Einsparpotenziale konnten für einzelne Netze insbesondere durch Einsatz eines regelbaren Ortsnetztransformators aufgezeigt werden. Insgesamt lässt sich nachweisen, dass der spannungsebenenübergreifende Ansatz Einsparpotenzial insbesondere durch optimierte Aufteilung des Spannungsbandes zwischen den Ebenen erreicht.The growth in electric energy generation and consumption as part of the energy transition is necessitating a profound transformation of the electrical networks. Not only are the boundary conditions and future scenarios changing ever more rapidly, but the traditional voltage band distribution between the low and medium voltage levels is also reaching its limits. In order to respond to the faster changes with strategic network planning and to achieve a more flexible voltage band distribution, the project developed a method and a software prototype for automated strategic network planning across voltage levels. Conventional (especially line replacement) and innovative (on-load tap changer, load and feed-in management, reactive power management, local network station placement and separation point optimisation) planning approaches were taken into account and integrated. With the help of the software prototype, the method was applied to eight medium-voltage network areas of associated partners with their respective subordinate low-voltage networks. Here, automated strategic network planning across voltage levels shows savings potential of approximately 5% to approximately 36% compared to an automated approach with separate voltage levels. Further savings potential could be demonstrated for individual networks, in particular through the use of transformers with on-load tap changer. Overall the cross-voltage-level approach shows a savings potential in all considered networks, in particular through optimised distribution of the voltage band between the levels
Kurzbericht/Abschlussbericht
Get PDFDas RESPINOW-Konsortium als Ganzes befasste sich mit der Dynamik respiratorischer Erreger wie des Respiratorischen Synzytial-Virus (RSV), der saisonalen Influenza und Pneumokokken-Erkrankungen nach der COVID-19-Pandemie und den damit einhergegangenen nicht-pharmazeutischen Interventionen (NPIs). Subprojekt 4 beschäftigte sich in diesem Rahmen mit Kurzzeit-Vorhersagen verschiedener Indikatoren. Diese tragen zum Situationsbewusstsein (situational awareness) bei, d.h. der rechtzeitigen und zuverlässigen Bewertung der aktuellen Intensität und des Trends einer Epidemie. So unterstützen Prognosen die Entscheidungsfindung bezüglich Interventionen und die Verwendung von Ressourcen. Da viele epidemiologische Indikatoren aufgrund von Meldeverzügen nur mit zeitlicher Verzögerung zur Verfügung stehen, erfordert eine gründliche Bewertung der aktuellen Lage eine entsprechende Korrektur der beobachteten Daten. Diese Aufgabenstellung wird als Nowcasting bezeichnet und ist konzeptionell eng mit der Kurzzeitprognose verwandt. Im Rahmen dieses Teilprojekts wurde ein operationelles Nowcasting- und Kurzzeitprognosesystem für das Respiratorische Synzytialvirus (RSV), saisonale Influenza und verschiedene syndromische (d.h. über verschiedene Erreger aggregierende) Indikatoren erstellt. Dieses wurde als kollaborative "Forecast Hub"-Plattform aufgesetzt (https://respinowhub.de/), sodass von verschiedenen Forschungsgruppen mittels unterschiedlicher Modellierungsverfahren erstellte Vorhersagen verglichen, in sogenannte Ensembles kombiniert und systematisch evaluiert werden können
Gemeinsamer Sachbericht zum Verwendungsnachweis
No full textDas Verbundprojekt GamiPro verfolgte das Ziel, ein personalisiertes, fähigkeitsadaptives Assistenzsystem mit integrierten Gamification-Elementen für die manuelle Montage in einem kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) zu entwickeln, unter Realbedingungen einzuführen und in-situ zu evaluieren. Ausgangspunkt war die Herausforderung hoher Variantenvielfalt, saisonaler Personalfluktuation und zeitintensiver, personenbezogener Einarbeitungsprozesse bei gleichzeitigem Bedarf an stabiler Prozessqualität und reduzierter Fehleranfälligkeit.
Methodisch folgte das Projekt einem sequenziell-iterativen Vorgehen aus Analyse, prototypischer Umsetzung und Evaluation im Shopfloor-Kontext. Neben der Digitalisierung des Arbeitsplatzes durch sensorbasierte Detektion, rezeptbasierte Verifikation und IoT-Anbindung wurde eine modulare Gamification-Plattform realisiert. Zentrale Gestaltungsprinzipien waren Freiwilligkeit, Nicht-Intrusivität, Datenschutzkonformität sowie die adaptive Kopplung von Informationsunterstützung und Schwierigkeitsstufen. Die Plattform integriert verifizierte Prozessdaten (micro-OEE) ereignisgetrieben in ein Challenge-, Level- und Feedbacksystem mit optionalem Prestige-Mechanismus zur zyklischen Standardisierung bei erfahrenen Mitarbeitenden.
Die Ergebnisse zeigen, dass fähigkeitsadaptive Assistenz die Einarbeitung beschleunigen und die Prozesssicherheit stabilisieren kann, sofern reale betriebliche "Pain Points" priorisiert adressiert werden. Gamification erwies sich als kontext- und personenbezogen wirksam: Während technisch affine Personen Leistungsanreize positiv nutzten, reagierten andere sensibler auf Zeitdruck. Daraus wurden adaptive Support- und Challenge-Gating-Mechanismen abgeleitet. Personenbezogene Leistungskennzahlen wurden zugunsten aggregierter, nicht öffentlicher Darstellungen sozialverträglich gestaltet.
Als Ergebnis liegen evidenzbasierte Gestaltungsrichtlinien für adaptive, freiwillige Gamification im industriellen Shopfloor vor, ergänzt um eine skalierbare Systemarchitektur mit Edge- und Cloud-Kopplung. Das Projekt leistet damit einen wissenschaftlichen und praxisnahen Beitrag zur Integration motivationaler Mechaniken in digitale Werkerassistenzsysteme unter KMU-Bedingungen
Schlussbericht
No full textDie Digitalisierung im Gesundheitswesen erfordert Verfahren, die eine datenschutzkonforme Nutzung sensibler medizinischer Daten ermöglichen, und bildete den Ausgangspunkt des Projekts AVATAR, das Ansätze zur Vereinbarkeit von Datensouveränität und Datennutzung untersuchte. Im Mittelpunkt unseres Teilprojekts stand die Entwicklung modularer Privacy Enhancing Technologies (PET) zur Anonymisierung und Privacy-Evaluation strukturierter und unstrukturierter Daten, die flexibel für unterschiedliche Datentypen und Anwendungsszenarien eingesetzt werden können. Parallel wurde eine Dataspace-Infrastruktur prototypisch umgesetzt, die einen souveränen Datentransfer mit vorgelagerter Anonymisierung ermöglicht und die Einbindung der PET-Dienste in föderierte Datenflüsse unterstützt. Die Validierung anhand exemplarischer Use Cases zeigt, dass modulare PET in Kombination mit Dataspace-basierten Datenflüssen eine praktikable Grundlage für die datenschutzkonforme Nutzung sensibler Gesundheitsdaten bilden
Allianz Biotenside: Funktionsoptimierte Biotenside auf Basis von regional verfügbaren Rohstoffen durch optimierte biotechnologische Verfahren (Phase 2); Teilprojekt 8: Ökologische Nachhaltigkeitsbewertung der Prozesse zur Biotensideherstellung und der Nutzung der Produkte; gefördert im Rahmen der Innovationsinitiative Industrielle Biotechnologie
Get PDFBiotenside werden gemäß dem aktuellen Wissensstands oft als umweltfreundliche Alternativen zu konventionellen und fossil-basierten Tensiden betrachtet. Während die Herstellung und mögliche Anwendung von Biotensiden in der wissenschaftlichen Literatur beschrieben und diskutiert werden, sind nur wenige Ökobilanz-Studien verfügbar, die eine umfassende Bewertung ihrer ökologischen Nachhaltigkeit vornehmen. Die verfügbaren Ökobilanzen unterscheiden sich in den betrachteten Produktsystemen bzw. Produkten (Biotensiden), in Ziel und Untersuchungsrahmen, sowie der angewandten Methoden und Datenbanken. Somit ergibt sich ein Bedarf an detaillierten Prozesskettenanalysen zur Biotensidherstellung zur frühzeitigen Begleitung des Entwicklungsprozesses und für die ökologische Nachhaltigkeitsbewertung möglicher Anwendungsfälle von Biotensiden in Produktformulierungen. Dieser Bedarf an Nachhaltigkeitsanalysen zur gezielten Prozess- und Produktentwicklung wird in Teilprojekt 8 durch die Anwendung der standardisierten Methode der Ökobilanz adressiert. Die Untersuchungen verfolgen primär das Ziel, ökologische Hotspots entlang der Wertschöpfungskette zu analysieren und damit die technischen Entwicklungsarbeiten zu unterstützten, indem sie zum Systemverständnis beitragen und die Auswirkungen von Prozessen und Varianten quantifizieren. Die Definition des Ziels und Untersuchungsrahmens erfolgte entsprechend dem jeweils betrachteten Produktsystem. Für die Bewertung von Rohstoffen wie Hermetiaöl und der Herstellungen der Biotenside MEL, CL, Surfactin und enzymatisch hergestellten Glycolipiden wurde eine sogenannte cradle-to-gate Bewertung durchgeführt, sowie eine cradle-to-grave Bewertung für die drei Anwendungsprodukte, Kosmetikcreme, Flüssigwaschmittel und wassermischbares Kühlschmiermittel. Für die Erstellung von parametrisierten Ökobilanzmodellen und Szenarioanalysen wurden Primärdaten zu den Herstellungsprozessen in Kooperation mit den Partnern der Innovationsallianz Biotenside gesammelt. Die Modellierung erfolgte in der Software LCA for Experts mit den zugehörigen Managed LCA Content Datenbanken von Sphera. Für die Wirkungsabschätzung wurden Indikatoren des Indikatorsets des Environmental Footprint 3.0 und 3.1 ausgewählt und angewendet. Die analysierten Wirkungskategorien umfassen unter anderem Klimawandel, Eutrophierung, Versauerung, sowie für einige Produktsysteme auch Landnutzung und Wassernutzung.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Umweltwirkungen von Hermetiaöl stark von der Substratauswahl abhängen. Die Nutzung von agroindustriellen Nebenprodukten und Bioabfall als Futtersubstrat würde die Umweltwirkung signifikant reduzieren, während Soja-reiche Futtermixe den Wasserfußabdruck hinsichtlich Wasserknappheit erhöhen. Bei der Herstellung des Biotensids MEL wurden dimensionslose Prozesskennzahlen zum Upscaling verwendet, um eine prospektive Bewertung im Produktionsmaßstab von 10 m3 pro Batch durchzuführen, was die Aussagekraft der Ergebnisse für die Prozessentwicklung erhöht. Der Energiebedarf für die Belüftung des Bioreaktors, die Bereitstellung der Vorprodukte Pflanzenöl und Glukose sowie die Aufreinigungsprozesse der Kulturbrühe tragen maßgeblich zum Ergebnis in der Kategorie Klimawandel bei. Die Ergebnisse verdeutlichen zudem die erreichten Vorteile durch die verbesserte Prozessführung durch die Entwicklungen im Gesamtvorhaben. Das Systemverständnis für ökologische Einflussfaktoren MEL profiziert außerdem von dem neuartigen Ansatz der Nutzung von Kinetik-Modellen zur Darstellung der potenziellen Umweltwirkung über die Fermentationsdauer. Für das Biotensid CL stellt ebenfalls die Bereitstellung der Substrate, der Energiebedarf zum Reaktorbetrieb und die Aufreinigung des Kulturbrühe die relevantesten Einflussfaktoren dar. Ein Ökobilanz-Screening der Herstellung von Surfactin und enzymatisch hergestellten Glycolipiden identifizierte die Substratherstellung und die Lösemittel für die Downstream-Aufreinigung als Hotspots. Bei der Prozessbewertung wurden technische Entwicklungen in der Bewertung aufgegriffen, die zur Skalierung der Prozesse beitragen, wie die Betrachtung der MEL-Aufreinigung mit dem Microjet-Reaktor und einer detaillierten Analyse der Druckluftbereitstellung. Die Ergebnisse für die Anwendungsprodukte zeigen Möglichkeiten für die Verbesserung ökologischer Aspekte von möglichen Anwendungsprodukten für Biotensiden, und quantifizieren den Beitrag der Biotensidherstellung zu den Umweltauswirkungen des Anwendungsprodukts über den Lebenszyklus auf. Für Flüssigwaschmittel stellt beispielweise die Waschtemperatur einen wichtigen Einflussfaktor dar, da der Strombedarf der Waschmaschine einen hohen Beitrag zu den potenziellen Umweltwirkungen im Lebenszyklus des Produkts aufweist. Bei der Kosmetikcreme sind neben dem eingesetzten Biotensid vor allem die weiteren Formulierungsbestandteile von hoher Bedeutung. Beim wasserbasierten Kühlschmiermittel sind die Standzeit und die Entsorgungsart der Emulsion wichtige Einflussfaktoren für das Gesamtergebnis.
Insgesamt deuten die Ergebnisse der ökologischen Nachhaltigkeitsbewertung der Biotensidherstellung darauf hin, dass durch gezielte Prozessoptimierungen und nachhaltige Substratwahl signifikante Verbesserungen hinsichtlich der ökologischen Nachhaltigkeit erzielt werden können. Durch Szenarien mit angepasster Prozessführung und hierdurch erzielbaren höheren Ausbeuten, kürzeren Fermentationszeiten sowie verbesserter Reaktorbelüftung führen zu einer deutlichen Reduktion der Wirkungskategorie Klimawandel gegenüber dem Basisszenario. Darüber hinaus liegen Optimierungspotenziale in der Aufreinigung der Kulturbrühe. Optimierte Aufreinigungsprozesse und eine erhöhte Rückgewinnung der eingesetzten Lösungsmittel können die potenziellen Umweltwirkungen weiter senken. Die frühzeitige Berücksichtigung von Umweltaspekten in der Prozessentwicklung liefert wertvolle Prozessketten- und Hotspot-Analysen und Ansatzpunkte, welche die Nachhaltigkeit der Biotensidproduktion bereits im Labor verbessern und auf die industriellen Skalierungen übertragbar sind. Die durchgeführten Analysen leisten einen Beitrag bei der Entwicklung nachhaltiger Produkte können als Vorbild für die entwicklungsbegleitende Nachhaltigkeitsbewertung in der Biotechnologie und für ähnliche biobasierte Produkte dienen
