Cluster 1 konzentriert sich auf die Untersuchung, Erkundung und Gestaltung von Anpassungsstrategien für Veränderbarkeit. Da cyber-physische Produktionssysteme (CPPS) hochflexibel sind, ergibt sich der Bedarf an technischen Hilfen für Akteure, die auf den aktuellen Zustand des Systems abgestimmt sind. Mit einer solchen situationsangepassten Unterstützung ist es möglich, die menschlichen Akteure und damit auch das System selbst zu einer optimalen Leistung zu befähigen. Auch der Wechsel von konventionellen, stabilen und langfristigen Produktionssystemen zu hochflexiblen und kurzlebigen Produktionssystemen erfordert Anpassung und Unterstützung auf unterschiedlichen Zeitskalen:

• Die unmittelbare Anpassung wird durch die Implementierung von übergeordneten Kontrollsystemen und die Bereitstellung von Feedback als wesentliches Merkmal nutzbarer Systeme erreicht.
• Die zwischenzeitliche Anpassung betrifft die Anpassung der Struktur des technischen Prozesses, die durch modulare CPPS-Ansätze erreicht wird. Bei der Anpassung der Schnittstellen für die Mensch-Maschine-Kooperation kann eine größere Bandbreite an Interaktionsmodalitäten und -techniken genutzt werden, von Maus, Tastatur und grafischen Benutzerschnittstellen bis hin zu natürlichen Benutzerschnittstellen oder realitätsbasierter Interaktion.
• Langfristige Anpassung wird durch Rückkopplung in das Maschinendesign und durch gesundheits- und vertrauensfördernde Gestaltungsmaßnahmen erreicht.

Innerhalb dieses Clusters befassen sich die Forschungsprojekte von Marc Satkowski, Martin Gebert, Nazanin Hamedi, und Florian Pelzer mit Anpassungsstrategien auf unterschiedlichen Zeitskalen und aus unterschiedlichen Perspektiven:

Understanding Visualizations in Augmented Reality

Diese Forschung konzentriert sich auf die Untersuchung und Erforschung, wie Informationsvisualisierung in immersiven Umgebungen für Datenanalyseprozesse genutzt werden kann. Ziel dieser Arbeit ist es, (1) effektive und förderliche Informationsvisualisierungssysteme für Augmented Reality (AR) Geräte zu schaffen, die von Operatoren von CPPS und Datenanalysten genutzt werden können, aber auch (2) vielversprechende Parameter zu erforschen, die für die Gestaltung von adaptiven oder responsiven Visualisierungen und Systemen genutzt werden können. Insbesondere die vielfältigen möglichen Einflussfaktoren der Nutzer, der Aufgaben, des Systems, aber auch der Umgebung selbst sind in diesem Projekt von Interesse.

Um dies zu erreichen, untersuchte das Forschungsprojekt (1) die Kompetenz der Nutzer, mit Visualisierungen zu arbeiten (Visualization Literacy), (2) den Einfluss des visuellen Hintergrunds, (3) die Erforschung alternativer Platzierungsbereiche in AR (Decke und Boden) im Hinblick auf Nutzerpräferenzen und Ergonomie und (4) die Erstellung immersiver Analysesysteme, die bekannte Eingabe- und Ausgabegeräte wie Smartphones und Tablets nutzen.

Virtual Reality Representation of Digital Prototypes by a Meta-model

Martin Gebert untersuchte schwerpunktmäßig den Prozess der Produkt- und Systemgestaltung. Dazu wird der bestehende virtuelle Szenengraph eines solchen Systems mit einer Benutzerrepräsentation erweitert. Damit ist es möglich, auch die menschlichen Faktoren, aber auch Informationen von flexiblen Produkten zu berücksichtigen.

Diese Kombination ermöglicht die Definition von Beziehungen zwischen Produkt- und Benutzerelementen innerhalb des Prozesses von Design Reviews. Da mögliche Interaktionen zwischen Mensch und System bereits vor dem Bau solcher Produktionssysteme erforscht werden können, ermöglicht es (1) virtuelle Mensch-Maschine-Interaktionstests, (2) den Zugang zu menschlichen Verhaltensweisen, um das Nutzerverständnis und die Produktanpassung voranzutreiben, und schließlich (3) neue Analysemöglichkeiten für Studien mit soziotechnischen Systemen.

Task-oriented Navigation Hierarchies in Changeable Modular Plants

Diese Forschung konzentriert sich auf die hierarchische Beschreibung von modularen Anlagen. Dazu gehört nicht nur die Dekompositionshierarchie, in der die Topologie der Anlage beschrieben wird, sondern auch die Abstraktionshierarchie, die das Verhalten (Phänomene) der Anlage erklärt. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Wissensgraphen für eine modulare Anlage, der aus einer A-Box (Instanzen) und einer T-Box (Ontologien) besteht.

Dieser Wissensgraph wäre in vielen Anpassungsszenarien von modularen Anlagen hilfreich. So kann er zum Beispiel bei der Fehlerdiagnose die Ursache des Problems identifizieren und so dem Bediener helfen, eine bessere Entscheidung zu treffen, oder er kann verwendet werden, um Informationen über das aktive Automatisierungssystem zu liefern, und indem er dem Bediener diese Informationen präsentiert, wird er sich der Situation besser bewusst.   

Design and evaluation of intermodular safety strategies for modular process plants

Das entscheidende Merkmal einer modularen Anlage ist ihre flexible Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Marktsituationen. Hierfür stehen grundsätzlich zwei Strategien zur Verfügung: Die weitreichende Anpassung der Produktionseigenschaften durch den Austausch von Modulen oder die feinere Anpassung der Moduleigenschaften durch den Austausch eines Teilmoduls.  Beide Ansätze haben ihre Vor- und Nachteile. Aus Sicht der Anlagensicherheit stellen beide Eingriffe eine potenzielle Gefahrenquelle dar, da beim Austausch gefährliche Wechselwirkungen zwischen Prozess und Anlage auftreten können oder Sicherheitssysteme verändert werden.

Die Herausforderungen, die sich aus der Kopplung von funktionaler Sicherheit und modularen Prozessanlagen ergeben, lassen sich wie folgt zusammenfassen: Die Richtlinien, Verfahren, Technologien und Kompetenzen, die für ortsfeste Anlagen entwickelt und etabliert wurden, sind nicht in der Lage, die Risiken der hochgradig variablen modularen Anlagen in der Prozessindustrie adäquat anzugehen und zu mindern.
In dieser Forschungsarbeit untersuchen wir daher die Anpassung von modularen Prozessanlagen durch die Anpassung oder den Austausch von Prozessmodulen aus Sicht der funktionalen Sicherheit. Dies wird beinhalten:

• Es werden angepasste Arbeitsabläufe für das Engineering von Sicherheitssystemen in Modularen Analgen entwickelt,
• ein Architekturkonzept für die Installation von Sicherheitssystemen auf Modulen und in der Prozessanlage wird entwickelt,
• eine Referenzimplementierung wird durch den Bau einer Prozessanlage erstellt, um schließlich
• die Bedieneraufgaben bei der Anpassung und dem Austausch von Modulen und Teilmodulen zu untersuchen und notwendige Kompetenzen und Schulungen zu identifizieren.

innerhalb des entwickelten Forschungsrahmens.