IHK Magdeburg verleiht "Forschungspreis 2022"

Magdeburg, 12. Dezember 2022. Die Industrie- und Handelskammer Magdeburg hat hervorragende wissenschaftliche Leistungen, die an der Universität „Otto-von-Guericke“ Magdeburg sowie an den Hochschulen Magdeburg-Stendal und Harz erbracht worden sind, mit jeweils einem „Forschungspreis 2022“ ausgezeichnet.

Mit dem Preis, der mit jeweils 2.000 Euro dotiert ist, sollen wissenschaftliche und anwendungsorientierte Arbeiten ausgezeichnet werden, die einen Beitrag zur zukünftigen Entwicklung der gewerblichen Wirtschaft leisten. Ziel ist es, herausragende technisch-technologische sowie betriebs- oder volkswirtschaftliche Untersuchungen und Konzepte vornehmlich des wissenschaftlichen Nachwuchses zu prämieren, die Lösungsansätze für eine nachhaltige Wirtschaftsentwicklung aufzeigen.

Preisträger: Dr.-Ing. Jacob Krüger

Thema der Dissertation: Understanding the Re-Engineering of Variant-Rich Systems

Betreuer: Prof. Dr. Gunter Saake, Fakultät für Informatik
Zweitbetreuer: Prof. Dr. Thomas Leich, Hochschule Harz

Zusammenfassung:

Durch die weitreichende und zunehmende Digitalisierung entwickeln die meisten Unternehmen heutzutage Software, entweder als selbstständiges Produkt oder als eine Komponente in einem Produkt. Durch technische Innovationen, variierende Kundenanforderungen oder gesetzliche Regelungen werden oftmals verschiedene Varianten der Software benötigt, beispielsweise um ein dem Kunden angepasstes Fahrzeug mit entsprechender Software auszustatten (z.B. Entertainment Systeme, optionale Fahrassistenten). Um die Entwicklung der angepassten Software zu vereinfachen, nutzen Unternehmen ihre existierenden Varianten und passen diese an sich ändernde Anforderungen an oder erweitern diese mit innovativen Neuerungen. Hierbei erstellen Unternehmen oftmals eine Kopie einer Variante und passen diese Kopie an, eine systematische Wiederverwendung findet nicht statt. Dadurch entstehen Mehrkosten, sobald die Anzahl der Varianten ansteigt, beispielsweise weil die Entwickler den Überblick verlieren und Änderungen teuer übertragen werden müssen. Mit steigenden Kosten entscheiden sich Unternehmen oftmals die existierenden Varianten in eine wiederverwendbare Softwareplattform zu überführen.

Eine solche Überführung ist mit Risiken und Kosten verbunden. Insbesondere ist unklar, an welchem Punkt sich eine Überführung der Varianten in eine Plattform lohnt, ob eine bestimmte Variante trotzdem losgelöst entwickelt werden sollte oder wie bei einer Überführung vorgegangen werden sollte. Diese Dissertation beschreibt empirische Studien mit verschiedenen Unternehmen und basiert auf existierender Literatur zur Überführung von Softwarevarianten in eine Plattform, um den Wissensstand zu vier Kernaspekten zu vertiefen: den entstehenden Kosten, dem Wissen der Entwickler, der Nachvollziehbarkeit des Wissens und den Prozessen für die Planung solcher Überführungen.

Die Kernergebnisse der Dissertation sind stark zusammengefasst:

Insgesamt stellt die Dissertation eine Sammlung neuen Wissens für die Entwicklung von Softwareplattformen dar und bietet mehrere Empfehlungen und Prozesse die Unternehmen für ihre Softwareentwicklung nutzen können. Diese Ergebnisse sind insbesondere für den Raum Magdeburg interessant, in dem viele kleine und mittelständische Unternehmen auf diesem Wissen aufbauen können, um ihre Softwareentwicklung zu erweitern und die Digitalisierung voranzutreiben, beispielsweise im Bereich der Automobilzulieferer, Softwareentwicklung, oder Firmenberatung.

Preisträger: Jonas Thiel

Thema der Masterarbeit: Ökobilanzielle Untersuchung von mineralischen Ersatzbaustoffen in Urbaner Grüner Infrastruktur

Betreuerin: Prof. Dr. Petra Schneider, Fachbereich Wasser-Umwelt-Bau- Sicherheit

Zusammenfassung:

Gegenstand der Masterarbeit ist eine interdisziplinäre Bewertung der Nutzung von Ersatzbaustoffen in Urbaner Grüner Infrastruktur und deren Ökobilanzierung, d.h. die Umweltauswirkungen auf der Basis einer Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Assessment, LCA). Genau dies stellt auch die Herausforderung dieser Arbeit dar, da die nötigen Informationen oft (wie auch im vorliegenden Fall) nicht vorhanden oder auf betrieblicher Ebene geschützt sind. Herrn Thiel gelang es, durch Kontaktaufnahme und Kooperation mit verschiedenen Unternehmen der Recyclingbranche eine fundierte Datenbasis für die Ökobilanzierung von Ersatzbaustoffen zusammenzustellen. Dies ist eine bemerkenswerte Leistung, da die klassischen Datenbanken für Ökobilanzierung im Bausektor (z.B. Ökobaudat) nur Daten zu Primärrohstoffen enthalten. In der Arbeit ging es aber eben genau darum, bautechnische Elemente der Urbanen Grünen Infrastruktur zu untersuchen, deren Baumaterial prinzipiell durch Sekundärbaustoffe ersetzt werden könnte.

Die vorliegende Masterarbeit behandelt die ökobilanzielle Untersuchung ausgewählter mineralischer Ersatzbaustoffe (MEB) in Urbaner Grüner Infrastruktur (UGI). Dabei wurden unter Einbezug der rechtlichen Grundlagen, der Eigenschaften der betrachteten MEB und bereits vorliegender Forschungsergebnisse die Substitutionsmöglichkeiten von Primärrohstoffen in Dachbegrünung, Grüngleisen (d.h. in der Regel Schotterrasen), Kunststoffbewehrten Erdkörpern und begrünten Gabionen untersucht. Mit diesen Erkenntnissen und auf Grundlage der DIN EN ISO 14040/14044 wurden der Untersuchungsrahmen und die funktionelle Einheit festgelegt. Bei der Betrachtung der MEB wurden die Aufbereitungs- und Transportprozesse analysiert. Neben dem Transport wurde bei den Primärrohstoffen insbesondere der Gewinnungsprozess untersucht. Die betrachteten Materialien umfassen Sekundärbaustoffe (Betonrecycling, Ziegelbruch, Porenbetonbruch, Schaumglasschotter, Gleisschotter, Schlacken und Aschen aus der thermischen Abfallbehandlung sowie Schlacken aus der Eisen- und Stahlerzeugung) sowie zum Vergleich Primärbaustoffe (Sandstein, Marmor, Bims, Lava, Basalt und Basaltlava). Die im Rahmen der Ökobilanzierung betrachteten Wirkungskategorien umfassen die üblichen Kategorien, d.h. Klimaänderung (Treibhausgaseffekt), abiotischer Ressourcenverbrauch, stratosphärischer Ozonabbau, photochemische Oxidantienbildung, Feinstaubbildung, Versauerung, Eutrophierung und Toxizität (Humantoxizität und Ökotoxizität).

Im Zuge der Sachbilanz wurde eine Recherche von ökobilanziell relevanten Daten für die LCAAnalysen der MEB und Primärrohstoffe vorgenommen. Bis auf Gleisschotter konnten für alle mineralischen Abfälle und Nebenprodukte entsprechende Prozessdaten erhoben werden, teilweise auch durch Auswertung der Betriebsdaten von verschiedenen Anlagen für die Aufbereitung der Ersatzbaustoffe. Für die Förderung von Primärrohstoffen wie Kalkstein, Basalt, Kiesschotter. Sand, Blähton sowie Bims konnten Informationen aus der Datenbank ecoinvent v3.6 verwendet werden. Auf der Grundlage des Gewinnungsprozesses für Kalkstein wurden mit Hilfe von spezifischen Daten auch Abbauszenarien für Sandstein und Marmor modelliert. Für Lava und Basaltlava lagen keine entsprechenden Daten vor. Anhand von Umrechnungsfaktoren, basierend auf Dichteunterschieden, konnte für diese Rohstoffe eine numerische Annäherung durchgeführt werden. Die Grundlage dafür bildeten die bekannten Angaben zu Förderprozessen von Bims und Basalt. Weiterhin wurden die Transportstrecken anhand bekannter Standorte von Förder- und Aufbereitungsunternehmen sowie mit begründeten Annahmen für die Primärrohstoffe und MEB festgelegt.

Mit den Daten aus der Sachbilanz wurde die Wirkungsabschätzung mit der Software SimaPro durchgeführt. Für die Charakterisierung wurde das Modell ILCD 2011 Midpoint+ ausgewählt. Die Darstellung der Ergebnisse erfolgte mit einer vergleichenden Gegenüberstellung von Primärrohstoffen und MEB innerhalb der UGI-Elemente.

Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Dachbegrünungssubstrat und Blähton als auch Schotterrasensubstrat in Grüngleisen im Vergleich zu den betrachteten MEB in allen Wirkungskategorien die höchsten Werte aufweisen. Die Betrachtung der Ergebnisse der Eisenhüttenschlacken bewies den bedeutenden Einfluss des Transportprozesses für diese ökobilanzielle Untersuchung. Zwischen LD-Schlacke, Hochofenstückschlacke und Elektroofenschlacke war eine Abstufung der Werte zu beobachten. Dies ist auf die unterschiedlich weiten Beförderungsstrecken zurückzuführen. Mit dieser Erkenntnis wurden Rückschlüsse auf die vergleichsweise negativen Ökobilanzen der betrachteten Primärrohstoffe gezogen. Für diese wurden ähnlich weite Transportwege wie bei LD-Schlacke angenommen. Demgegenüber erwiesen sich die regional aufbereiteten MEB Betonrecycling, Ziegelbruch, Porenbetonbruch, Schaumglasschotter und Hausmüllverbrennungsasche als deutlich umweltfreundlicher. Mit der Betrachtung der Ergebnisse für die kunststoffbewehrten Erdkörper wurde festgestellt, dass die LD-Schlacke gegenüber den in näherer Umgebung von Magdeburg gewonnen Kiesschotter und Sand teilweise höhere Umweltauswirkungen erzeugt. Dies bestätigte die These des hohen Einflusses von Transportprozessen auf die Ökobilanzen der Mineralstoffe.

Die vergleichende Bilanzierung für begrünte Gabionen ergab, dass einige Primärrohstoffe (Sandstein, Kalkstein, Marmor), trotz aufwendigerer Gewinnungsverfahren in einigen Wirkungskategorien besser abschnitten als Eisenhüttenschlacken. Eine Erklärung hierfür lag wieder in kürzeren beziehungsweise ähnlich langen Transportstrecken. Der Einfluss des Beförderungsprozesses zeigte sich auch in den Ergebnissen für Basalt und Lava. Im Vergleich zu den anderen Stoffen wiesen die Vulkanite in fast allen Kategorien die höchsten Umweltwirkungen auf. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass die weit transportierte LD-Schlacke eine vergleichbare Ökobilanz wie Marmor, Kalkstein oder Sandstein besitzt. Im Gegensatz dazu ist das Umweltschadenpotenzial der Hochofenstückschlacke, Elektroofenschlacke und besonders Betonrecycling als geringer einzuschätzen.

Die wichtigste Erkenntnis der vorliegenden Masterarbeit ist, dass der Einsatz von Primärrohstoffen und MEB eng mit der Verfügbarkeit und geographischen Lage des Einbauortes verknüpft ist. Es erscheint aus ökobilanzieller Sicht nicht förderlich, MEB über weite Strecken zu befördern, wenn in unmittelbarer Nähe ein gleichwertiger Baustoff aus einer Primärquelle gewonnen wird. Gleichzeitig sollte die Verfügbarkeit von potenziell verwendbaren MEB vor einer überregionalen Beschaffung von Primärrohstoffen überprüft werden. Sowohl der Anspruch der Arbeit als auch der fachliche Schwierigkeitsgrad war außerordentlich hoch. Im Rahmen des Masterstudiengangs "Ingenieurökologie" an der Hochschule Magdeburg-Stendal hat die Masterarbeit einen besonderen Stellenwert, da die integrative Betrachtung ökologischer und bautechnischer Problemstellungen den Zielstellungen der Ingenieurökologie – insbesondere im Zusammenhang mit dem praktischen Forschungsschwerpunkt der Grünen Infrastruktur - entspricht. Das Interesse regionaler und überregionaler wirtschaftlicher Akteure an diesem Themenfeld ist enorm, da aufgrund der Bauaktivitäten in Deutschland eine große Materialnachfrage besteht.

Im Rahmen der Recherchen zur Masterarbeit stieß Herr Thiel auf enormes Interesse aus der Baumaterial- und Recyclingbranche an den Ökobilanzen. Ihm wurde von verschiedenen Unternehmen mitgeteilt, dass vor dem Hintergrund der aktuellen Klima- und Ressourcendiskussion auch in der Branche an der Erstellung der Ökobilanzen gearbeitet wird. Die Ergebnisse von Ökobilanzen erbringen, wie im vorliegenden Fall, nicht immer die intuitiv erwarteten Resultate. Dies ist ein wichtiger Punkt, der Ökobilanzen auszeichnet, weil er zur Versachlichung der Diskussion beiträgt.

Preisträger: Julius Franke

Thema der Bachelorarbeit: Analyse der Siemens Querschneider Applikation für SINAMICS S120, Anwendung auf Gleichstrommotoren und Vergleich mit einer Realisierung in der T-CPU

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Rudolf Mecke, Fachbereich Automatisierung und Informatik

Zusammenfassung:

Querschneider werden in der Metallverarbeitung sehr oft verwendet, um lange Materialbänder in kürzere definierte Längen zu schneiden. Dabei wird eine sehr hohe kontinuierliche Genauigkeit bei allen Schnitten vorausgesetzt. Die heutige Massenproduktion erfordert diese Genauigkeit auch bei hohen Materialgeschwindigkeiten, um den größtmöglichen Gewinn, in kürzester Zeit zu erzielen. Siemens hat für die Verwendung von Querschneidern eine Applikation entwickelt, die auf verschiedene Anlagen und Voraussetzungen anwendbar sein soll. Doch auch, wenn die Applikation sehr variabel ist, so musste Siemens die Verwendung limitieren, da die Anlagen in denen Querschneider verwendet werden, äußerst umfangreiche Unterschiede aufweisen können.

Ziel der Arbeit ist es, die Grenzen dieser Applikation weiter zu strapazieren und zu testen, ob sie auch für eine Verwendung außerhalb des von Siemens festgelegten Verwendungszweckes funktionstüchtig ist. Als Testbühne dient dafür eine echte industrielle Anlage, die genau vor dem Problem stand, dass die technischen Gegebenheiten nicht ganz den geforderten Voraussetzungen von Siemens entsprechen. Weiterhin wurde eine eigene Anwendung für die Projektierung mittels Technologie-CPU entworfen und in einem Testaufbau mit der Siemens Version verglichen. Damit soll untersucht werden, ob die Realisierung einer Querschneider Applikation in einer höheren Steuerungsebene für den Einsatz in der Industrie geeignet ist.

Bei der Inbetriebnahme des Querschneiders, welche als Grundlage für die Ergebnisse der Arbeit gilt, konnte die Applikation durch geringe Eingriffe erfolgreich angepasst werden, sodass sie auch heute noch effizient und zuverlässig läuft. Untersucht und angepasst wurde die Applikation dabei u.a. auf die Verwendung eines Gleichstromantriebs, statt eines Drehstromantriebs, die geometrische Abweichung einer Exzenterachse, gegenüber der normalen Rundachse, die Verwendung eines Lasers als Leitwertquelle und die Relevanz einer dynamischen Ausgleichung des auftretenden Schnittmoments bei härteren und dickeren Metallen. Wie eine Änderung der Applikation vorzunehmen ist, um diese Ergebnisse zu repetieren, wird in der Arbeit beschrieben.

Vielen kleinen und mittelständischen Unternehmen fehlen Fachkräfte, die sich mit der Projektierung mittels antriebsnahen DCC-Plänen auskennen. Da die Siemens Applikation jedoch mit diesen entwickelt wurde, ist es notwendig sich mit diesen Auseinanderzusetzen, wenn man größere Anpassungen vornehmen möchte. Um diesem Problem in Zukunft entgehen zu können, wurde innerhalb der Arbeit eine Anwendung entworfen und getestet, welche die grundlegenden Funktionen der Siemens Applikation im TIA-Portal, zur Verwendung mit einer T-CPU, realisieren soll. Ziel davon war es, eine Aussage darüber treffen zu können, ob es tatsächlich notwendig ist, die Applikation antriebsnah in einer nicht mehr so verbreiteten Sprache zu realisieren oder ob es möglich ist, eine so hochdynamische Echtzeit-Anwendung auch auf einer höheren Ebene umzusetzen, in der die Verfügbarkeit von Fachkräften höher ist. Zusätzlich würde sich hiermit die komplette Steuerung der Anlage in einem Gerät zusammenfassen lassen, was den Aufwand der Inbetriebnahme und der Wartung reduzieren könnte. Bei der Projektierung der neuen Anwendung wurden viele neuere Funktionen der T-CPU verwendet, um die Vorteile dieser auch vollständig auszunutzen und das Programm möglichst modern und zukunftsorientiert umzusetzen. Dies schließt auch die Verwendung von Technologieobjekten und deren Funktionen mit ein.

Der Versuch in einem Testaufbau ergab, dass die Applikation für die T-CPU erwartungsgemäß noch einige Mängel aufweist, die der kurzen Entwicklungszeit geschuldet sind. Ebenfalls fehlen dort noch einige Funktionen, welche die Siemens Applikation auszeichnen. Die wichtigste Erkenntnis scheint jedoch, dass die neue Applikation das Potenzial aufweist, für die industrielle Verwendung geeignet zu sein. Bei einem virtuellen Test für die Schnittlängenmessung, der vorher mit der Siemens Applikation in der realen Anlage geprüft und mit den tatsächlichen Schnittlängen verglichen wurde, schnitt die T-CPU Applikation sogar besser ab als die Siemens Applikation. Mit weiteren Optimierungen, welche aussichtsreich erscheinen, kann der neu entwickelten Applikation die Einsatzfähigkeit in der Industrie nicht abgesprochen werden.

Bildunterschrift: Freuten sich gemeinsam über die Auszeichnungen (v.l.n.r.): IHK-Hauptgeschäftsführer André Rummel, Prof. Dr.-Ing. Jens Strackeljan (Rektor der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Preisträger Dr.-Ing. Jacob Krüger (Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg), Prof. Dr. Manuela Schwartz (Rektorin Hochschule Magdeburg-Stendal), Preisträger Jonas Thiel (Hochschule Magdeburg-Stendal), Prof. Dr. Folker Roland (Rektor Hochschule Harz), Preisträger Julius Franke (Hochschule Harz) und IHK-Präsident Klaus Olbricht.

Bildquelle: IHK Magdeburg