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Metrologie für die Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft

Die Digitalisierung ist ein Bereich, der die PTB auf lange Sicht intensiv beschäftigen und nachhaltig verändern wird. So erfordern neuartige Messgrößen wie beispielsweise in der Hochfrequenztechnik (5G), bei bildgebenden Verfahren (z.B. in der Medizin) und in der Fertigungstechnik metrologische Grundlagenforschung, um Vertrauen in derartige Messungen durch deren Rückführung auf das SI-Einheitensystem zu gewährleisten. Dadurch wird insbesondere KMUs die Entscheidung für eine Investition in neue digitale Technologien vereinfacht und die internationale Wettbewerbsfähigkeit gesteigert.

Eine Vielzahl von Standards, Normen und Richtlinien national wie international müssen in absehbarer Zeit signifikant überarbeitet werden, um den weitreichenden Veränderungen durch die digitale Transformation gerecht zu werden. Hierbei wird das internationale Gewicht der PTB als kompetenter Partner bei Fragen der Messtechnologie und Messdatenanalyse eine entscheidende Rolle spielen. Die Standardisierung ist dabei vor allem für KMUs ein wirksames Mittel für den Zugang zu neuen Märkten und ermöglicht neue digitale Geschäftsmodellen.

Insbesondere das gesetzliche Messwesen in Deutschland mit ca. 160 Millionen Endgeräten setzt auf die zentrale Rolle der PTB in der digitalen Transformation und bedarf einer umfassenden und nachhaltigen Unterstützung. Die PTB treibt daher die Digitalisierung von Konformitätsbewertungs- und Marktaufsichtsprozessen durch Aufbau einer metrologischen Plattform, Schaffung datenbasierter Dienstleistungen und Abbau von Innovationshemmnissen im europäischen Binnenmarkt durch Angebote von Referenzarchitekturen voran, um die Chancen der digitalen Transformation für alle Partner im gesetzlichen Messwesen effektiv nutzbar zu machen.

Die PTB setzt dabei auf existierende Kooperationen und nationale wie internationale Plattformen für eine effiziente Vernetzung der metrologischen Forschung. So nutzt die PTB beispielsweise in der Berliner Initiative „Digitale Hauptstadt“ eine enge Kooperation mit den dortigen exzellenten Forschungseinrichtungen und Netzwerken. Darüber hinaus ist die PTB in Kooperation mit Vertretern der „Plattform Industrie 4.0“, dem „Labs Networks Industrie 4.0“ und vielen anderen, um metrologische Forschung und Standardisierung voranzutreiben. Internationale Kooperationen im Bereich Digitalisierung werden dabei aktuell mit einer Reihe von EMPIR-Anträgen im Rahmen des Horizon2020-Programms vorangetrieben.

PTB-Digitalisierungsstudie 2017

Momentan ist diese Studie hier in einer Vorab-Fassung erhältlich. Die offizielle Studie erscheint im Dezember 2017 / Januar 2018 als Heft 4.2017 der PTB-Mitteilungen.
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Neue Schwerpunktbereiche

Metrologische Dienstleistungen

  • Digitaler Kalibrierschein mit maschinen-interpretierbaren Kalibrierinformation und digitalem Siegel
  • Digitale Kundenplattformen für Kalibrierung und Konformitätsbewertung
  • Digitale Qualitätsinfrastruktur mit einer gemeinsamen Plattform für Konformitätsbewertungsstellen, Marktaufsicht, Hersteller und Verwender im gesetzlichen Messwesen

Datenanalyse

  • Datenanalyse und Messunsicherheiten für hochdimensionale Größen
  • Verlässlichkeit in der Anwendung von maschinellen Lernen und Big Data Analytic
  • Dimensionsreduktion und Weitergabe großer Datenmengen

Kommunikationssysteme

  • Hochfrequenzmessgrößen digitaler Kommunikationssysteme
  • Rückführung für Signalparameter wie Error-Vector-Magnitude und Fehlerraten
  • Nichtlineare und stochastische Hochfrequenzmessgrößen

Virtuelle Messgeräte

  • Analyse und Rückführung virtueller Messgeräte in der optischen Metrologie
  • Entwicklung virtueller Messgeräte in der Koordinatenmesstechnik für die Messdatenanalyse
  • Simulationswerkzeuge für die Optik, dimensionelle Messtechnik und CT-Bildgebung

Struktur und Organisation

Die großen Eckpfeiler für die PTB als Unterstützer in der digitalen Transformation der Wirtschaft und Gesellschaft sind dabei zum einen die disziplinübergreifenden Querschnittsvorhaben:

Metrology Cloud – Etablierung einer vertrauenswürdigen Kernplattform für eine digitale Qualitätsinfrastruktur durch die Ankopplung bestehender Dateninfrastrukturen und Datenbasen und einem differenzierten Zugriff aller Partner für eine digitale Ertüchtigung des gesetzlichen Messwesens.

Digitaler Kalibrierschein – Entwicklung einer sicheren und standardisierten digitalen Informationsstruktur für den universellen Einsatz in Kalibrierung, Akkreditierung und Messung und einer digitalen Ertüchtigung der gesamten Kalibrierhierarchie in der Qualitätsinfrastruktur.

Virtuelle Experimente und Mathematikgestützte Metrologie – Entwicklung einer disziplinübergreifenden virtuellen Kompetenzgruppe für die metrologische Unterstützung des Paradigmenwechsels zur Verwendung von Simulationen und Datenanalyse als essenziellen Bestandteil von Messverfahren.

Darüber hinaus sollen in den entsprechenden Fachbereichen unter anderem die gezielte metrologische Forschung für moderne Hochfrequenznetze (5G), die Erweiterung der Qualitätsinfrastruktur auf die Online-Überwachung sowie eine metrologische Unterstützung der digitalisierten Präzisionsfertigung nachhaltig unterstützt werden.

Zentral begleitet, koordiniert und vernetzt werden die PTB-Vorhaben durch die Arbeitsgruppe Opens internal link in current windowPSt1 "Koordination Digitalisierung".

Meilensteine

Anfang 2018

  • Die PTB stellt einen Prototyp des digitalen Kalibrierscheins vor.
  • Die PTB wird ein umfassendes Konzept zum Forschungsdatenmanagement veröffentlichen, welches insbesondere die Bedarfe der Forschungsgemeinschaft nach verlässlichen offen zugänglichen Daten im Sinne der Open Data Strategie bedient.
  • Die PTB wird gemeinsam mit der BNetzA die metrologischen Herausforderungen und Forschungsfragen bei der Breitbandmessung erarbeitet haben und gegebenenfalls eine Forschungskooperation bekanntgeben.
  • Die gemeinsame Professur „Biomedizinische Bildgebung“ (TU Berlin und Einstein-Zentrum) mit dem Schwerpunkt „digitale Gesundheit“ wird die Arbeit in der Integration von quantitativen Bilddaten in biomedizinische Informationen aufnehmen.
  • Die PTB wird gemeinsam mit dem britischen National Physical Laboratory einen internationalen Workshop der Nationalen Metrologieinstitute (NMI) organisieren, in dem die zukünftige Rolle der NMIs im Bereich Data Science erörtert wird.
  • Die PTB wird eine Kooperation mit der Firma Siemens im Bereich „Metrologie für industrial IoT“ mit den Bausteinen „digitaler Kalibrierschein“ und „Referenzarchitekturen für das Cloud-Computing“ starten.
  • Die Nachwuchsgruppe und gemeinsame Juniorprofessur „Sichere und vertrauenswürdige netzangebundene Systeme“ wird am Einstein-Zentrum ihre Arbeit aufnehmen, um gestützt auf die bestehenden weitgefächerten Industriekontakte der PTB die zunehmende Digitalisierung von Messgeräten und Messverfahren im gesetzlichen Messwesen zu unterstützen.

Mitte 2018

  • Eng mit dieser Nachwuchsgruppe verknüpft ist das Vorhaben „Metrology Cloud“ zur Digitalisierung von Konformitätsbewertungs- und Marktaufsichtsprozessen durch den Aufbau einer gemeinsamen Plattform, die Schaffung datenbasierter Dienstleistungen und den Abbau von Innovationshemmnissen. Eine vom Bund geförderte personelle Unterstützung vorausgesetzt, kann die Umsetzung dieses Vorhabens Mitte 2018 starten.
  • Die Vorbereitungen für die Berufung einer gemeinsamen Professur „Unsicherheit und maschinelles Lernen“ (TU Berlin) sollen abgeschlossen sein. Ziel ist es, das Verhalten maschineller Lernverfahren in Bezug auf Datenunsicherheit besser zu beschreiben und damit die Hemmnisse für deren Anwendung zu reduzieren.
  • Die PTB wird Messungen von Systemen für die 5G-Technologien starten (unter anderem Antennensysteme und Wellenleiter). Eine personelle Förderung vorausgesetzt, werden diese Messungen in ein breites Forschungsvorhaben „Metrologie für 5G“ eingebettet.
  • Eine interdisziplinäre und abteilungsübergreifende Kompetenzgruppe zu „Metrologie für virtuelle Messgeräte“ wird eingerichtet, welche (eine vom Bund geförderte personelle Unterstützung vorausgesetzt) die existierenden Arbeiten der PTB in den Bereichen „digitaler Zwilling“, „Mathematik-gestützte Messungen“ und physikalische Simulationen in einem holistischen Ansatz aufgreift und nachhaltig vorantreibt.
  • Die PTB wird einen strategischen Forschungsschwerpunkt im Bereich „Metrologie für heterogene Sensornetzwerke“ einrichten, in welchem abteilungsübergreifend und interdisziplinär die Kompetenzen in der Messtechnik und Datenanalyse mit den Herausforderungen aus Industrie 4.0 und anderen Bereichen kombiniert werden sollen.