Künstliche Intelligenz & Digitalisierung
Künstliche Intelligenz (KI) gewinnt zunehmend an Bedeutung und beeinflusst immer mehr Bereiche des täglichen Lebens. Die rasante Entwicklung der KI birgt enorme Potenziale, weckt Hoffnungen und Erwartungen, entfacht aber auch Sorgen und Ängste. Technische Systeme mit Künstlicher Intelligenz werden in den nächsten Jahren erheblich an wirtschaftlicher Bedeutung gewinnen. Verantwortlich hierfür ist die ständig zunehmende technische Leistungsfähigkeit und die Fähigkeit von KI, sich kontinuierlich an neue Umgebungen anzupassen und eigenständig weiterzuentwickeln.
Digitalisierung und Virtualisierung befähigen Systeme der Mess- und Automatisierungstechnik zu höherer Präzision, Robustheit und Kreislauffähigkeit. Damit sind sie Schlüsselfaktoren zur Gestaltung einer nachhaltigen Gesellschaft.
Aufbau virtueller Versuchsanlagen und deren Nutzung in Lehrveranstaltungen zur Steuerungs- und Regelungstechnik - 29.11.2022, FH Bielefeld
Veranstaltung mit M. Sc. Moaid Othman von der FH Bielefeld Campus Gütersloh zu Lehre und Didaktik, Mensch-Maschine-Interaktion, Modellbildung und Simulation
In der Ingenieursausbildung ist die Arbeit an Anlagen und Maschinen ein wesentlicher Baustein, um die Anwendbarkeit, Möglichkeiten und Grenzen der in der Theorie vermittelten Methoden an praktischen Problemstellungen zu erproben und einschätzen zu lernen. Zu diesem Zweck werden an vielen Hochschulen und Universitäten unterschiedliche Versuchsanlagen eingesetzt. Die Errichtung und der Betrieb solcher Anlagen erfordern jedoch Platz und sind typischerweise mit hohem Einsatz personeller und finanzieller Ressourcen verbunden. Daher scheitert der Aufbau neuer Versuchsanlagen oder die Erweiterung bestehender Labore häufig an begrenzten Räumlichkeiten und den Investitions- und Betriebskosten, wenngleich neue Lehrkonzepte oder eine Aktualisierung der Lehrinhalte eine Anpassung der Versuchsanlagen erfordern würden. In dieser Situation kann der Aufbau einer virtuellen Anlage eine sinnvolle Ergänzung des bestehenden Labors sein. Doch was genau ist eine virtuelle Anlage? Welche Software und welches Knowhow ist für deren Entwicklung nötig? Welche IT-Infrastruktur und welche Hardware wird gebraucht? Was kostet der Aufbau einer virtuellen Anlage? Und wie kann ein Praktikumsversuch an einer virtuellen Anlage aussehen? Welche Vor- und Nachteile haben virtuelle Anlagen gegenüber realen Versuchsanlagen? Dieser Beitrag beschrieb am Beispiel eines virtuellen Aufzugs die Erfahrungen der Autoren mit einer möglichen Umsetzung dieser Idee und gab dabei Antworten auf die zuvor gestellten Fragen.
Der Beitrag gliederte sich in drei Teile. Im ersten Teil wurde die Entwicklung der virtuellen Aufzugsanlage erläutert. Dabei wurde zunächst auf die eingesetzte Soft- und Hardware eingegangen (s. Abb. 1). Für den Aufbau des virtuellen Raums und weiterer Elemente wie Fahrkorb oder Bedienpanel wurde die Software Unity eingesetzt. Dynamische Komponenten für Antriebe, Getriebe, Sensoren usw. müssen in Unity über Verhaltensmodelle programmiert werden. Anstatt diese Komponenten selber zu programmieren wurde in der beschriebenen Lösung die Software game4automation eingesetzt, die eine Bibliothek vieler Sensoren und Aktoren bereitstellt und einen effizienten Entwicklungsprozess ermöglicht. Neben der Sammlung vieler Verhaltensmodelle automatisierungstechnischer Komponenten bietet game4automation zusätzlich noch Schnittstellen für die Kommunikation zwischen der virtuellen Anlage und einer Steuerung (in diesem Fall einer Soft-SPS) an. Die virtuelle Anlage kann damit als ausführbare Datei auf einem beliebigen PC (mit guter Grafikkarte) gastartet und über Ethernet mit einer industriellen Steuerung verbunden werden. Die Beschreibung der Entwicklung der virtuellen Anlage schloß mit einer Abschätzung der Investitionskosten für Soft- und Hardware und erklärt in Form einer Checkliste das für die Entwicklung nötige Knowhow.
Im zweiten Teil erfolgte eine Live-Demonstration der Nutzung des virtuellen Aufzugs wie sie z.B. im Rahmen eines Praktikums zur Steuerungstechnik aussehen könnte. Diese begann mit einer Vorstellung der ungesteuerten Anlage unter Verwendung einer VR-Brille. Anschließend wurde ein Industrie-PC der Firma Beckhoff an die Anlage angeschlossen und die Soft-SPS mit einer einfachen Steuerung konfiguriert. Das Verhalten des gesteuerten Systems wurde dann erneut im virtuellen Raum mit VR-Brille erfahrbar gemacht.
Der abschließende dritte Teil des Beitrags beschrieb die Erfahrungen des Einsatzes der virtuellen Aufzugsanlage, die im Rahmen von Übungen und Praktika sowohl in der digitalen Lehre, wie auch in
der Präsenzlehre gemacht wurden. Dabei wurde u.a. auch auf sog. Avatar-Praktika eingegangen, die durch virtuelle Labore auf einfache Weise ermöglicht werden. Im Vergleich zu realen Versuchsanlagen wurden weitere Vorteile (Kopierbarkeit, Erweiterbarkeit, Simulation von Fehlern, ...) und Nachteile (ungenaue Approximation realen Verhaltens, Orientierung im virtuellen Raum, ...) virtueller Anlagen beleuchtet. Der Beitrag endete mit einem Ausblick auf die Entwicklung weiterer virtueller Anlagen (z.B. einer Container-Verladebrücke in einem Frachthafen), die spezielle Anforderungen für den Einsatz in regelungstechnischen Praktika erfüllen müssen. Zudem wurde die Idee eines hochschulübergreifenden Austausches virtueller Anlagen skizziert.
Digitalisierung - IT-Sicherheit: WLAN Hacking Labor
Mit Prof. Dr. Emanuel Slaby von der Hochschule Hamm-Lippstadt veranstalteten wir am 07.10.2021 im Technologiezentrum Bielefeld das "WLAN Hacking Labor" und gingen dabei auf sicherheitsrelevante Aspekte rund um drahtlose lokale Netzwerke ein.
Digitalisierung - IT-Sicherheit: Die vielen Passwörter...
In dieser Einstiegs-Veranstaltung am 09.06.2021 wurde die IT-Sicherheit eines jeden von uns in den Fokus gerückt: Prof. Dr.-Ing. Emanuel Slaby von der Hochschule Hamm-Lippstadt ging dabei auf zwei Aspekte ein: der sorgfältige Umgang mit Passwörtern und die Datenhygiene.
Unsichere Passwörter werden von modernen Rechnern teilweise in Sekundenbruchteilen ermittelt, zudem verfügen Cyberkriminelle über Passwortlisten gehackter Systeme mit mehreren 100 Milliarden Einträgen. Wie schnell damit ein unsicheres Passwort trotz Anfügen oder Voranstellen mehrerer persönlicher Ziffern oder gar Sonderzeichen entschlüsselt ist, wird in dem Vortrag aufgezeigt. Zudem wird der Aspekt der Datenhygiene beleuchtet: Welche Logins auf welchen Systemen nutze ich, wurde davon welche gehackt, sind meine Passwörter im Umlauf? Mit einfachen Regeln und Erkenntnissen wurden die Zuhörer in eine etwas sicherere Cyberwelt geschickt.