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Profilbereich "Intelligente Technische Systeme"

Intelligente technische Systeme sind hochkomplexe Produkte, die durch ein enges Zusammenspiel zwischen Hard- und Software gekennzeichnet sind. Immer mehr Systemfunktionalität entsteht durch ihre Verlagerung in entsprechende Softwaremodule. Dies erhöht die Lebensdauer sowie die Anpassbarkeit der Produkte, stellt aber entsprechend hohe Anforderungen an die Qualität der Software und vor allem auch an die Integration mit der zu steuernden Hardware.

Die entsprechenden thematischen Schwerpunkte, die die wesentliche Basis für diese Qualität bilden, sind Mechatronik, Softwarequalität, Virtual Prototyping/Simulation, Systemintegration. Darüber hinaus werden aber auch neu entstehende Geschäftsmodelle und -abläufe in den Fokus der Betrachtung genommen.

Durch eine enge Kooperation von Maschinenbau, Elektrotechnik, Informatik und Wirtschaftswissenschaften werden neuartige Entwicklungsverfahren, aber auch Geschäftsmodelle und -abläufe erforscht, die insbesondere auf Modellbildung, Simulation und formaler Verifikation beruhen. Diese Verfahren berücksichtigen die zunehmende Verlagerung von Hardware in Software sowie die hohe Vernetzung der Komponenten eines Systems.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Christoph Scheytt 
Beteiligte Fachdisziplinen: Maschinenbau, Elektrotechnik, Informatik und Wirtschaftswissenschaften
 

Ausgewählte Einzelprojekte

KI-Marktplatz

KI-Plattform für die Projekte von morgen 

Laufzeit: 01.01.2020 bis 31.12.2022
Projektvolumen: 16,60 Mio. Euro
Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Künstliche Intelligenz in der Produktentstehung ist ein wichtiger Schlüssel für intelligente Produkte und eine effektive Fertigung. Mit dem KI-Marktplatz entsteht bundesweit ein einzigartiges Ökosystem, mit dem Unternehmen die Potenziale in diesem Bereich erschließen können. Dreh- und Angelpunkt bildet die gleichnamige Plattform KI-Marktplatz, auf der Anbieter, Anwender und Experten Lösungen für KI entwickeln und austauschen können. Die Vision ist ein Marktplatz, der neben einer intelligenten Partnervermittlung auch einen geschützten Raum für sicheren Datenaustausch und Datensouveränität bietet. Hinzukommen soll ein App-Store für KI-Lösungen sowie ein Angebot an umfassenden KI-Lösungen dank eines Baukastenprinzips.

Erfolgsgarant ist ein Projektkonsortium aus 20 Forschungseinrichtungen, Netzwerken und Unternehmen, dessen Keimzelle it’s OWL bildet. Weitere Netzwerke stellen eine hohe Breitenwirkung sicher. So bündelt Prostep ivip das Know-how in der Produktentstehung, die ‚International Data Spaces Association‘ gewährleistet sichere Datenräume. Die Open Source Plattform ‚FIWARE‘ und der Plattformbetreiber ‚inno-focus‘ sind führend auf ihren Gebieten.

Der KI-Markplatz leistet einen wichtigen Beitrag, Lösungen der KI für den Mittelstand verfügbar zu machen, die Produktion am Standort OstWestfalenLippe sowie in ganz Deutschland wettbewerbsfähig zu machen und die globale Sichtbarkeit von Deutschland im Bereich Künstliche Intelligenz signifikant zu erhöhen.

Projektleitung: Leon Özcan, Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn

Projektpartner: Center for Cognitive Interaction Technology (CITEC), Claas KGaA mbH, CONTACT Software, Diebold Nixdorf, düspohl Maschinenbau GmbH, FIWARE Foundation, Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik (IEM), Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil industrielle Automation (IOSB-INA), Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK), Heinz Nixdorf Institut (HNI), HELLA Aglaia Mobile Vision GmbH, Hella Gutmann Solutions, Institut für industrielle Informationstechnik (inIT), inno-focus businessconsulting gmbh, International Data Spaces Association, it's OWL Clustermanagement GmbH, ProSTEP iViP, Ubermetrics Technologies GmbH, UNITY AG, Westaflex GmbH

Synergetische Kombination von datengetriebenen und modellbasierten Methoden zur Anwendung auf regelungstechnische Probleme (DART)

Laufzeit: 01.07.2020 bis 30.06.2024
Projektvolumen: 1.591.507 Euro
Gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Im Zuge der Digitalisierung erfahren künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen aktuell eine hohe Aufmerksamkeit seitens Wissenschaft und Industrie. In der Regelungstechnik, werden bereits datengetriebene Verfahren eingesetzt, jedoch vorwiegend als Alternative zur physikalischen Modellierung dynamischen Verhaltens bzw. zu fachspezifischen Methoden des Regelungs- und Steuerungsentwurfs oder in einer pragmatischen einfachen Kombination.

Das Ziel der Nachwuchsgruppe „DART – Datengetriebene Methoden in der Regelungstechnik“ ist es daher, neuartige hybride Methoden für regelungstechnische Probleme zu entwickeln, indem die bewährten physikalisch motivierten Verfahren mit den modernen datengetriebenen Verfahren kombiniert werden und so die größtmögliche Performanz beim Regelungsentwurf erzielt werden kann. Diese hybriden Ansätze gehen weit über einfache, pragmatische Kombinationen hinaus, weil sie auf strukturell gut begründeten Kompositionen aus aufeinander zugeschnittenen Verfahren beruhen, die ihre Vorteile synergetisch vereinen. Dabei werden die typischen Entwurfsschritte wie die Modellierung und Parameteridentifikation des physikalischen Systems, der Beobachterentwurf, die Reglerauslegung sowie die Inbetriebnahme des Reglers adressiert. Dadurch sind wir in der Lage alle Aspekte der klassischen Regelungstechnik gesamthaft durch hybride Ansätze mit datenbasierten Methoden zu erweitern.

Projektleitung: Dr.-Ing. Julia Timmermann, Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn

Elektronisch-photonische integrierte Systeme für die ultraschnelle Signalverarbeitung (SPP2111)

Laufzeit: 2018 bis 29.09.2021
Projektvolumen: 6 Mio. Euro
Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Das Schwerpunktprogramm SPP2111 befasst sich mit der nanophotonischen / nanoelektronischen Technologie aus Systemsicht, indem grundlegende photonisch-elektronische Signalverarbeitungskonzepte und neuartige integrierte Systemarchitekturen unter Verwendung überwiegend photonischer Verarbeitung untersucht werden.

Wir haben drei Kernbereiche für die Grundlagenforschung identifiziert, die sich auf Folgendes beziehen: Ultrabreitbandsignalverarbeitung, Frequenzsynthese sowie Analog-Digital-Wandlung durch Femto-Sekunden-Pulslaser und optische / THz-Erfassung. Die Untersuchung und das Design nanophotonischer / nanoelektronischer Systeme ist eine sehr komplexe Aufgabe und erfordert eine hoch interdisziplinäre Forschung, an der viele Forscher aus Deutschland aus den Bereichen Halbleiterphysik, Elektronik- und Photoniksystemdesign, Kommunikationstechnik, Mikrosystemtechnik und Sensoren beteiligt sind.

Projektkoordinator: Prof. Dr. J. Christoph Scheytt, Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn

Projektbeteiligte: Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth (Universität Stuttgart), Professor Dr.-Ing. Stephan Pachnicke (Christian-Albrechts Universität zu Kiel), Professor Dr. Jeremy Witzens, Ph.D. (RWTH AACHEN), Professor Dr.-Ing. Christoph Scheytt (Universität Paderborn), Professor Dr. Thomas Schneider (TU Darmstadt), Professor Dr. Ronald Freund (TU Berlin), Professor Dr.-Ing. Norbert Hanik (Technische Universität München), Professor Dr.-Ing. Lars Zimmermann (TU Berlin), Professor Dr.-Ing. Dietmar Kissinger (Universität Ulm), Professor Dr.-Ing. Robert Weigel (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg), Professor Dr.-Ing. Frank Ellinger (TU Dresden), Professor Dr.-Ing. Dirk Plettemeier (TU Dresden), Professor Dr.-Ing. Sebastian Randel (Karlsruher Institut für Technologie), Professor Dr.-Ing. Martin Schell (Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik), Professor Dr.-Ing. Christian Koos (Karlsruher Institut für Technologie), Professor Dr.-Ing. Thomas Zwick (Karlsruher Institut für Technologie), Professor Dr.-Ing. Franz Xaver Kärtner (Universität Hamburg)

Sonderforschungsbereich (SFB) 901 "On-The-Fly Computing"

Individualisierte IT-Dienstleistungen in dynamischen Märkten

Laufzeit: 01.07.2011 bis 30.06.2023
Projektvolumen: ca. 30 Mio. Euro
Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Die Vision des „On-The-Fly Computing“ sind Services, die von individuell und automatisch konfigurierten und zur Ausführung gebrachten IT-Dienstleistungen auf Märkten frei gehandelt und flexibel kombiniert werden können. Gleichzeitig zielt der SFB 901 auf die Organisation von Märkten ab, deren Teilnehmer durch geeignetes unternehmerisches Handeln einen lebendigen Markt der Services aufrechterhalten. Mit dieser Vision schaut der SFB 901 weit in die Zukunft der IT-Entwicklung und -Nutzung, deren erste Wandlungen wir aber schon heute erleben.

Um zu erforschen, inwieweit diese Vision realisierbar ist, werden Methoden und Techniken entwickelt, die a) eine weitestgehend automatische Konfiguration, Ausführung und Adaption von IT-Dienstleistungen aus Services ermöglichen, b) auf Märkten weltweit verfügbar sind, c) die Sicherung der Qualität der so erbrachten Dienstleistungen und den Schutz der Akteure in den Märkten garantieren sowie d) die Organisation und die Weiterentwicklung dieser Märkte und die für diese Aufgaben notwendige Interaktion zwischen den Akteuren unterstützen. Um diese Ziele zu erreichen, arbeiten Informatiker aus unterschiedlichen Disziplinen wie Softwaretechnik, Algorithmik, Rechnernetze, Systementwurf, Sicherheit und Kryptografie mit Wirtschaftswissenschaftlern zusammen, die ihre spezifische Expertise einbringen. So können die Organisation und Weiterentwicklung des Marktes vorangetrieben werden.

Projektleitung: Prof. Dr. Friedhelm Meyer auf der Heide, Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn

Projektpartner: diverse Lehrstühle des Instituts für Informatik der Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik der Universität Paderborn, diverse Lehrstühle der Departments 1, 3 und 4 der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften der Universität Paderborn, BaER-Lab Business and Economic Research Laboratory, C-LAB Cooperative Computing and Communication Laboratory, DaSCo Paderborn Institute for Data Science and Scientific Computing, IEM Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik, IFIM Institut für Industriemathematik, PC2 Paderborn Center for Parallel Computing, SI-Lab Software Innovation Lab sowie Weidmüller Interface GmbH & Co. KG und Diebold Nixdorf Systems GmbH

Algorithmen für programmierbare Materie in einem physiologischen Medium (PROGMATTER)

Laufzeit: 2018 bis 2021
Projektvolumen: 200.000 Euro
Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung von neuen Modellen und Algorithmen für Schwärme eigenständiger Nano-Roboter, d.h. Gruppen winziger aktiver Einheiten mit stark eingeschränkten individuellen Fähigkeiten, die als Schwarm in physiologischen Umgebungen operieren.

Bei der Entwicklung neuer Modelle werden Fragestellungen berücksichtigt, die in der Vergangenheit nicht oder nur unvollständig betrachtet wurden: Wie können die Nano-Roboter Energie gewinnen, speichern und nutzen (Energiemanagent)? Welche realistischen Modelle (angelehnt an physikalische, biologische oder chemische Prozesse in der Natur) können eine nicht-lokale Kommunikation zwischen einer Gruppe von Nano-Robotern ermöglichen ? Welche Modelle erlauben den Ausfall und die Reparatur fehlerhafter Nano-Roboter durch intakte Nano-Roboter (Fehlertoleranz)?

Algorithmisch ist das Leader-Election Problem ein Schlüsselproblem, dessen Lösung die Lösung anderer wichtiger Probleme durch einen Schwarm von Nano-Robotern erst möglich macht. Die im Projekt entwickelten Modelle werden hinschtlich ihrer Fähigkeiten untersucht, das Leader-Election Problem effizient zu lösen. Aufbauend darauf werden Lösungen für weitere wichtige Aufgabenstellungen entwickelt: Ein Schwarm Nano-Roboter soll eine Umgebung vollständig durchsuchen und ggf. wichtige Positionen in der Umgung markieren (Exploration). Ein Schwarm Nano-Roboter soll ein Objekt in seiner direkten Umgebung schnellstmöglich umhüllen (Umhüllung). Ein Schwarm Nano-Roboter soll einen Weg von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt seiner Umgebung formen (Transport).

Für alle entwickelte Modelle werden durch untere Schranken (und ggf. Unmöglichkeitsresultate) die Grenzen der jeweiligen Modelle aufgezeigt.

Die algorithmischen Ergebnisse werden dann erweitert, um Aspekte wie Robustheit gegenüber Ausfällen von Nano-Robotern und Schwärmen mit unterschiedlichen Nano-Robotern sowie die Lösung obiger Probleme in dreidimensionalen Umgebungen zu untersuchen.

Projektleitung: Prof. Dr. Christian Scheideler, Universität Paderborn, Deutschland und Prof. Shlomi Dolev, Ben Gurion University of the Negev, Israel

Forschungsschwerpunkt Digitale Zukunft

Laufzeit: 2016 - 2021
Projektvolumen: 2 Mio. Euro
Gefördert durch: Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen

Das Ziel unseres Forschungsschwerpunkts ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen für ein Gesamtkonzept „Digitale Zukunft“ für Arbeitgeber, Arbeitnehmer, Selbstständige und Privatpersonen zu entwickeln, um sie bei der aktiven Gestaltung des digitalen Wandels zu unterstützen. Unsere Forschung basiert auf einem integralen Konzept. Diesem Forschungsansatz folgend identifizieren wir, wo der digitale Wandel stattfindet, wollen seine Mechanismen verstehen und Methoden erarbeiten, um Menschen in der Berufswelt und im Privatleben vorzubereiten und zu begleiten.

Die Digitalisierung ist ein technologischer Prozess, der zu revolutionären Veränderungen in allen Lebensbereichen führt. Hinter diesem Oberbegriff verbergen sich sehr heterogene Entwicklungen. Beispielsweise wird  die durch die digitale Technik ermöglichte hohe Flexibilität im Arbeitsleben sowohl negativ, als ständige Erreichbarkeit und Entgrenzung von Arbeit, als auch positiv, als Zeitsouveränität mit neuen Freiheiten und Möglichkeiten, wahrgenommen. Eine einheitliche Bewertung der Auswirkungen sowie Trendprognosen zu den vom digitalen Wandel betroffenen Lebensbereichen und Geschäftsmodellen sind außerordentlich schwer.

Fast unbeachtet ist bislang, dass die technischen Entwicklungen auch aktive Gestaltungsmöglichkeiten für eine moderne und erwachsene Form des digitalen Lebens und Arbeitens eröffnen. Es existieren Studien zur Reife und den möglichen Folgen der Digitalisierung von Prozessen. Es lässt sich jedoch kein eindeutiger Trend zu den Beschäftigungseffekten feststellen. Das heißt, es sind nicht die technischen Innovationen, die deterministisch eine bestimmte Richtung und Ausformung des digitalen Wandels erzwingen, sondern vielmehr zeichnet sich eine Pluralität und Gestaltbarkeit zukünftiger (Arbeits-)Welten ab. In den Projekten des Forschungsschwerpunkts werden die Gestaltungsmöglichkeiten einer digitalen Zukunft untersucht und dabei sowohl die Potentiale als auch die Risiken adäquat berücksichtigt.

In interdisziplinären Teams arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Paderborn und Bielefeld, in der Startphase aus den Bereichen Betriebswirtschaft, Elektrotechnik, Informatik, Psychologie und Soziologie, zusammen. Diese fächerübergreifende Arbeit schafft die Voraussetzungen für einen neuen Zugang zur den möglichen zukünftigen Szenarien. Die enge Kooperation von unterschiedlichen Fachexperten erlaubt somit eine umfassende Erforschung der verschiedenen Komponenten sozio-technischer Systeme – und zwar nicht nur isoliert für einzelne Aspekte sondern in den jeweiligen systemischen Zusammenhängen.

Projektleitung: Prof. Dr. Gregor Engels (Sprecher), Universität Paderborn und Prof. Dr. Günter W. Maier (stellv. Sprecher), Universität Bielefeld

Projektbeteiligte Universität Bielefeld: Prof. Dr. Martin Diewald und Prof. Dr.-Ing. Ulrich Rückert
Projektbeteiligte Universität Paderborn: Prof. Dr. Johannes BlömerProf. Dr. Martin SchneiderProf. Dr. Eckhard Steffen

Datengestützte Retrofit- und Generationenplanung im Maschinen- und Anlagenbau (DizRuPt)

Laufzeit: 01/2019 - 12/2021
Projektvolumen: 2,3 Mio. Euro
Gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Das Projekt DizRuPt befähigt Unternehmen, die Nutzungsdaten ihrer Produkte und andere relevante Daten aus dem Produktlebenszyklus in der strategischen Produktplanung zu nutzen. Durch die systematische Analyse dieser Daten können neue Features und Funktionen abgeleitet werden. Dies ermöglicht die nutzungsorientierte Planung von Retrofits sowie von zukünftigen Produktgenerationen. Das dafür erarbeitete Instrumentarium beruht auf:

  • Methoden zur Datenakquise und -analyse
  • Ableitung neuer Produktfunktionen für die Retrofit- und Generationenplanung
  • Operationalisierung der datengestützten Produktplanung durch Prozesse und Kompetenzen
  • IT-Werkzeugen zur Unterstützung der organisationalen Umsetzung

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, Heinz Nixdorf Institut der Universiät Paderborn

Instrumentarium zur musterbasierten Planung hybrider Wertschöpfung und Arbeit zur Erbringung von Smart Services (IMPRESS)

Laufzeit: 2019 bis 2022
Projektvolumen: 3,2 Mio. Euro
Gefördert durch:  Bundesministerium für Bildung und Forschung und Europäischer Sozialfonds

Ziel des Verbundprojekts IMPRESS ist ein Instrumentarium zur musterbasierten Planung hybrider Wertschöpfung und Arbeit zur Erbringung von Smart Services. Es wird Unternehmen befähigen, die Transformation vom Produkthersteller zum Smart Service-Anbieter eigenständig und zielgerichtet zu gestalten. Hierfür werden Methoden und Werkzeuge entwickelt, die auf allgemeingültigen Lösungsmustern basieren. Sie zeigen dem Anwender bewährte Teillösungen zur Gestaltung der Wertschöpfung und Arbeit im Kontext von Smart Services auf. Das Instrumentarium wird in vier Pilotprojekten mit Industriepartnern anwendungsfallspezifisch erprobt und validiert. Der Transfer der Ergebnisse wird fortlaufend durch die Anwendung von Teilen des Instrumentariums in Workshops mit assoziierten KMU, einen Transfer- und Begleitkreis, über Multiplikatoren, Veranstaltungen sowie Publikationen vorangetrieben. Das Verbundprojekt aus zehn Partnern wird im Rahmen des Programms Zukunft der Arbeit vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und dem Europäischen Sozialfonds gefördert. Betreut wird das Projekt mit einer Laufzeit von drei Jahren durch den Projektträger Karlsruhe.

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, Heinz Nixdorf Institut der Universiät Paderborn

Servicerobotik-Netzwerk (SeRoNet)

Laufzeit: 2017 - 2021
Projektvolumen: 6,5 Mio. Euro
Gefördert durch:  Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Serviceroboter sind meist hoch spezialisierte Systeme, deren Steuerungs-Software auf eine konkrete Anwendung zugeschnitten ist. Der hohe Aufwand, speziell abgestimmte Systeme zu erstellen, erschwert einen flexibleren und somit wirtschaftlicheren Einsatz, obwohl die Einsatzpotenziale der Servicerobotik seit Jahren günstig bewertet werden. Die hohen Kosten der Software-Entwicklung je Anwendungsfall sind aktuell ein Kernproblem für die Etablierung.

Ziel des Projektes ist es, den Entwicklungsaufwand für Roboterlösungen in der professionellen Servicerobotik deutlich zu senken. Eine IT-Plattform soll daher die Ausrüster und Betreiber von Servicerobotik zueinander bringen. Über die Plattform sollen wiederverwendbare Komponenten mit einheitlichen Schnittstellenstandards für professionelle Servicerobotik-Anwendungen einfach verfügbar gemacht und eine höhere Transparenz der am Markt verfügbaren Anbieter und Komponenten erreicht werden. Dazu bietet die Plattform eine eigene Entwicklungsumgebung.

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, Heinz Nixdorf Institut der Universiät Paderborn

Soziotechnisches Risikomanagement bei der Einführung von Industrie 4.0 (SORISMA)

Laufzeit: 2019 - 2022
Projektvolumen: 2,7 Mio. Euro
Gefördert durch: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung

Durch Industrie 4.0 entstehen für Unternehmen erhebliche Potentiale, um ihre Prozesse und Leistungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette effizienter, flexibler und ressourcenschonender zu gestalten. Trotz vielversprechender Möglichkeiten scheuen Unternehmen den Einsatz neuer Technologien. Gründe dafür sind weniger technische Herausforderungen, sondern vor allem schwer abzuschätzende Risiken in Bezug auf ihre Organisation und die Mitarbeiter. Denn der nutzenstiftende Betrieb ist maßgeblich von Investitionskosten, passgenauen Prozessen, adäquaten Kompetenzen und der Mitarbeiterakzeptanz abhängig. Industrie 4.0 ist somit keine rein technische Fragestellung, sondern beeinflusst Technologien, Organisation und den Menschen gleichermaßen. Vor dem Hintergrund dieses Dreiklangs adressiert das Verbundprojekt ein ganzheitliches Risikomanagement bei der Einführung von Industrie 4.0.

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, Heinz Nixdorf Institut der Universiät Paderborn

Intelligente Benutzerunterstützung für Schwachstellenanalyse (IntelliScan)

Laufzeit: 15.01.17 - 30.08.21
Projektvolumen: 451.329 Euro
Gefördert durch: Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen

Gefördert werden Wissenschaftler/innen in der IT-Sicherheit an verschiedenen Universitäten und Hochschulen in Nordrhein-Westfalen zum Thema „Human Centered Systems Security“. IntelliScan ist eines der fünf geförderten Forschungstandems. Es konzentriert sich auf die Schwachstellenanalyse.

Aktuelle automatisierte Werkzeuge zur Schwachstellenanalyse sind oft schwer zu benutzen und zudem nicht oder nur schwer erweiterbar und können somit nur schwerlich auf neue Nutzungskontexte angewendet werden. Ziel des Projekts „IntelliScan“ ist es daher, neuartige Benutzerunterstützung für solche Werkzeuge zu erforschen und mittels Nutzerstudien zu bewerten und weiter zu entwickeln. In Folge sollen Werkzeuge zur Schwachstellenanalyse für übliche Entwickler einfach zu nutzen und auch erweiterbar sein. Die Programmanalyse soll so von einer Technologie für Spezialisten zu einer Standardtechnik werden.

Projektleitung: Prof. Dr. Eric Bodden, Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn und Prof. Dr. Matthew Smith, Universität Bonn

Zukunftssicherung des Soot Rahmenwerks für Programmanalyse und -transformation (FutureSoot)

Laufzeit: 01.03.18 - 28.02.21
Projektvolumen: 395.400 Euro
Gefördert durch: DFG

Soot ist das wohl weltweit beliebteste Rahmenwerk zur Analyse und Transformation von Java- und Android-Programmen. Über seine mehr als fünfzehnjährige Lebensdauer hinweg sind unzählige wissenschaftliche Werkzeuge entstanden, die direkt auf Soot aufbauen. Das Soot Rahmenwerk bietet diesen Werkzeugen hiermit eine gemeinsame Implementierungsplattform, was die Vergleichbarkeit der einzelnen Ansätze stark erhöht, und die Implementierung der einzelnen Werkzeuge stark beschleunigt. Das geplante Vorhaben hat es zum Ziel, das Soot Rahmenwerk in die richtige Bahn zu lenken, um auch über die Projektförderung hinaus seine Wartung für lange Zeit zu garantieren. Aus diesem Grunde umfasst das Projekt die Entwicklung eines Nachhaltigkeitskonzepts, den Aufbau und weiteren Ausbau einer verlässlichen Build-and-Test-Infrastruktur, sowie weitere Arbeiten zur stärkeren Modularisierung der Kernkomponenten. Die geplanten Arbeiten sollen bewirken, dass Soot in Zukunft einfacher zu warten sein wird, nach einem erprobten und wohldokumentierten Plan gewartet wird, und soll außerdem mittels Workshops die hauptsächlichen Interessenvertreter der Soot-Community zusammenbringen und unter diesen die weitere Wartung und Weiterentwicklung koordinieren.

Projektleitung: Prof. Dr. Eric Bodden, Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn und Professor Dr. Rüdiger Kabst, Universität Paderborn

Entwicklungsplattform und Ökosystem für skalierbare Spezialprozessoren im Edge-Computing (Scale4Edge)

Laufzeit: 2020 - 2023
Projektvolumen: 17,3 Mio.Euro
Gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Für Zukunftsaufgaben wie das autonome Fahren oder Industrie 4.0 müssen immer größere Mengen an Daten von einer steigenden Anzahl Sensoren mit Hilfe komplexer Algorithmen und künstlicher Intelligenz (KI) in kürzester Zeit analysiert werden. Die entsprechenden Prozessoren müssen aber nicht nur bei der Rechenleistung, sondern auch hinsichtlich Energieeffizienz, Zuverlässigkeit, Robustheit und Sicherheit hohe Anforderungen erfüllen, die über aktuelle Möglichkeiten weit hinausgehen. Die ZuSE-Projekte des BMBF sollen den dringenden Bedarf der Anwenderbranchen an zukunftsfähigen, vertrauenswürdigen Prozessoren decken, die auf ihre spezifischen Aufgaben zugeschnitten und hoch performant sind.

Das Vorhaben Scale4Edge erforscht, wie Entwicklungszeit und -kosten anwendungsspezifischer Edge-Prozessoren signifikant reduziert werden können. Solche Prozessoren führen meist mobil und nahe an Sensoren, an der Schnittstelle von der realen zur virtuellen Welt, entscheidende erste Berechnungen aus. Sie müssen deshalb nicht nur besonders zuverlässig, performant und robust, sondern auch energieeffizient arbeiten. Darüber hinaus müssen sie ein hohes Maß an Vertrauenswürdigkeit bieten. Mit der entstehenden skalierbaren und flexibel erweiterbaren Entwicklungsplattform auf Basis des lizenzfreien, quelloffenen RISC-V-Befehlssatzarchitektur können individuelle Prozessoren mit diesen Eigenschaften effizient und kostengünstig entwickelt werden.

Projektleitung: Dr. Wolfgang Müller, Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn

Projektpartner: Infineon Technologies AG, oncept engineering GmbH ASIC- und Softwaretechnologie, TU Kaiserslautern, AbsInt Angewandte Informatik GmbH, Robert Bosch GmbH, Eberhard-Karls-Universität Tübingen, OFFIS e.V., TU München, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, IHP GmbH, MINRES GmbH, TU Dresden, ARQUIMEA Deutschland, SYSGO GmbH, TU Darmstadt, EPOS GmbH, Universität Bremen, FZI Forschungszentrum Informatik

Sicherer Automatischer Firmware Entwurf für Industrieanwendungen (Safe4I)

Laufzeit: 2018 - 2021
Projektvolumen: 7,8 Mio.Euro
Gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Die industrielle Fertigung wird durch Industrie 4.0 und das Internet der Dinge weiter vorangetrieben. In diesem Rahmen fordern entsprechende Standards zur funktionalen Sicherheit (Safety) wie IEC 61511 und IEC EN 61508 neben der Absicherung der Automatisierungslösung als Ganzes, auch die Absicherungen von Komponenten und Teilsystemen. Das generelle Ziel des SAFE4I-Vorhabens ist die Beschleunigung der Entwicklung funktional sicherer Software. Dabei werden alle Teile der Software betrachtet, die nötig sind, um kundenspezifische Automatisierungslösungen für Industrie 4.0 Anwendungen zu realisieren. Darunter fallen Automatisierungssoftware, Steuerungssoftware, eingebettete Software und Firmware. Dieses Ziel soll durch die strikte Trennung des Entwurfs der geforderten Software-Funktionalität von den Maßnahmen zur Software-Absicherung erreicht werden. Die Trennung von Entwurf und Absicherung wird zum einen den Implementierungsaufwand gemäß dem Prinzip der Separation-of-Concerns signifikant reduzieren. Zum anderen ermöglicht er den teilautomatischen Einbau der Software zur Absicherung der funktionalen Sicherheit mittels sogenannter Verbindungspunkte (Join Points). Hierdurch entwickelt das SAFE4I-Projekt einen semi-automatisierten, modellbasierten Entwicklungsprozess, um den Aufwand der Absicherung in der Software signifikant zu senken. Die erarbeitete Lösung verspricht Qualitäts- und Kostenhebel sowohl für die Endanwender und für die Komponentenlieferanten, als auch für die beteiligten Werkzeuganbieter. Diese involvierten Partner stellen neue Produktfunktionen für eine Vielzahl aktueller und zukünftiger Anwendungsbereiche bereit.

Projektleitung: Dr. Wolfgang Müller, Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn

Projektpartner: Infineon Technologies AG, Bosch Sensortec GmbH, Coseda Technologies GmbH, FZI Forschungszentrum Informatik, HOOD GmbH, itemis AG, Model Engineering Solutions GmbH, OFFIS e.V., Robert Bosch GmbH, ScopeSET Technology GmbH, TU München, Universität Rostock

Kryptographiebasierte Sicherheitslösungen als Grundlage für Vertrauen in heutigen und zukünftigen IT-Systemen (Teilprojekt E1 im SFB1119 CROSSING)

Laufzeit: 07/2018 - 06/2022
Projektvolumen: 302.500 Euro
Gefördert durch: DFG

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1119 CROSSING leitet Prof. Eric Bodden das Projekt "Secure Integration of Cryptographic Software". Er erforscht Mittel, um Entwicklern bei der sicheren Integration von krytographischen Bibliotheken zu unterstützen.

Projektleitung: Prof. Eric Bodden (für Teilprojekt E1), Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn

Erklärbare Diagnostische KI für industrielle Daten (DAIKIRI)

Laufzeit: 2020 - 2021
Projektvolumen: 1,4 Mio. Euro
Gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Das Forschungsprojekt DAIKIRI zielt auf die erstmalige Entwicklung und Verwendung von automatischen Verfahren für die Semantifizierung von industriellen Daten und die datengetriebene Diagnose von Industrieanlagen ab. Mit Hilfe dieser Verfahren sollen diagnostische selbsterklärende Smart-Services für Industriedaten entwickelt und mit Daten aus realen Anwendungsfällen evaluiert werden. DAIKIRI wird daher KI-Verfahren entwickeln, die selbsterklärend sind und Ergebnisse von KI automatisch verbalisieren und damit transparent machen. Anwendern soll dadurch das Zustandekommen von Ergebnissen nachvollziehbar gemacht werden. Darauf basierende Entscheidungen können somit vertrauensvoll getroffen werden.

Projektleitung: Prof. Dr. Axel-Cyrille Ngonga Ngomo der Universität Paderborn

Projektpartner: USU Software AG, AI4BD Deutschland GmbH, pmOne AG

Rapide Erklärbare Künstliche Intelligenz für Industrieanlagen (RAKI)

Laufzeit: 01.09.2019 - 19.06.2022
Projektvolumen: 414 543 Euro
Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

RAKI entwickelt neuartige Verfahren um skalierbare nachvollziehbare Machine Learning-Verfahren mit „humans in the loop“ zu entwickeln.

Im Fokus des Projekts steht die skalierbare KI-getriebene Optimierung der Konfiguration und des Betriebs von Industrieanlagen sowie der notwendigen Produktionslogistik.

Verteilte Implementierungen ermöglichen die Verarbeitung großer Datenmengen für die automatische Generierung von Erklärungen. Die Entwicklungs- und Anwendungspartner AI4BD und Siemens planen die Verwendung von wesentlichen Teilen des RAKI-Frameworks nach der Produktisierung in ihre Plattformen CBR und Mindsphere. Das Ergebnis von RAKI bildet die Grundlage für neuartige Datenprodukte wie KI-getriebene interaktive Konfigurationssoftware für Industrieanlagen, die eine skalierbare Entwicklung von Smart Services in der industriellen Produktion ermöglicht.

Projektleitung: Prof. Dr. Axel-Cyrille Ngonga Ngomo der Universität Paderborn

Projektpartner: AI4BD Deutschland GmbH, Siemens AG, Leipzig Universität

Google Autocomplete Challenge mit Prof. Dr. Axel-Cyrille Ngonga Ngomo über "künstliche Intelligenz"

Universitäten Paderborn und Bielefeld gründen gemeinsames Institut zu künstlicher Intelligenz

Interdisziplinäre Forschungseinrichtungen

Heinz Nixdorf Institut

Interdisziplinäres Forschungsinstitut der Universität Paderborn

DaSCo

Paderborn Institute for Data Science and Scientific Computing 

PC²

Paderborn Center for Parallel Computing

SI-Lab

Software Innovation Lab

Kooperationspartner

it's OWL

Technologie-Netzwerk Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe

SICP

Software Innovation Campus Paderborn

Fraunhofer IEM

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik

L-LAB

Institut für automobile Lichttechnik und Mechatronik

Die Universität der Informationsgesellschaft