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Heft 4: Metrologie für die Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft (Metrology for the Digitalization of the Economy and Society)

PTB-Mitteilungen 4/2017

In eigener Sache

Liebe Leserinnen und Leser
der PTB-Mitteilungen,

wenn Sie jetzt einmal eine Seite zurückblättern und dort lesen, in welchem Jahrgang sich die PTB-Mitteilungen befinden, dann beschleicht Sie vielleicht auch, ebenso wie den Schreiber dieses Vorworts, eine gewisse Ehrfurcht vor dem Alter. Auf 127 Jahre können schließlich nicht viele zurückblicken. Aber die PTB-Mitteilungen sind wahrlich kein typischer Senior, sind sie doch frei von allen altersbedingten Krankheiten und Ausfallerscheinungen. Vielmehr schaffen es die PTB-Mitteilungen, sich immer wieder zu erneuern. Der letzte große Verjüngungsprozess liegt nun allerdings auch schon 18 Jahre zurück. Beginnend mit dem Jahr 2000 wurden aus den PTB-Mitteilungen, die bis dato in jedem Heft unterschiedlichste Fachaufsätze von Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen der PTB versammelten, monothematische Hefte, die sich jeweils einem metrologischen Teilgebiet widmeten. Mit dieser inhaltlichen Neujustierung konnten die PTB-Mitteilungen und konnten hoffentlich auch Sie, die Leser, gut leben. Diese prinzipielle Ausrichtung wollen die PTB-Mitteilungen auch beibehalten.

Gemäß der Weisheit, dass nur der Wandel eine Konstante darstellt, wollen sich die PTB-Mitteilungen zugleich klug verhalten und sich auf geänderte Rahmenbedingungen einstellen. Und diese Rahmenbedingungen verlangen einen grundsätzlichen, strukturellen Wandel, den auch Sie als Leser deutlich spüren werden. Die PTB-Mitteilungen werden, beginnend mit dem Jahr 2018, nicht mehr als Verlagsprodukt kostenpflichtig vertrieben, sondern sie werden sich als „open access“-Veröffentlichung unter dem Dach der PTB präsentieren, frei zugänglich für jeden Interessierten. Diese Veränderung hin zu einer originären Online-Veröffentlichung entspricht einerseits der PTB-Politik eines freien Zugangs zu allen veröffentlichten Arbeitsergebnissen, und ist andererseits auch ein Instrument, um das Journal formal und inhaltlich flexibler aufzustellen, als es einer Verlagspublikation angemessen ist.

Wenn Sie in Zukunft an die PTB-Mitteilungen denken, dann denken Sie bitte nicht mehr in den Schemata gedruckter Hefte, sondern denken Sie bitte an die Heimat-Webseite der PTB-Mitteilungen:

Opens internal link in current windowhttps://www.ptb.de/cms/presseaktuelles/zeitschriften-magazine/ptb-mitteilungen.html

Der gewohnte Veröffentlichungsrhythmus (jeweils am Ende eines Quartals) soll jedoch auch in dieser digitalen Zukunft beibehalten werden. Wir werden einen speziellen Mitteilungs-Newsletter einrichten, mit dem wir Sie stets auf dem Laufenden halten, wenn eine neue Mitteilungsausgabe online gestellt wird. Bitte informieren Sie uns kurz, ob Sie unseren Newsletter dazu kostenfrei abonnieren wollen. Bitte verwenden Sie folgende Mailadresse, um sich für diesen Service anzumelden:

Opens window for sending emailpresse(at)ptb.de (bitte unter dem Betreff „PTB-Mitteilungen“)

Auf diesem Weg bleibt Ihre informatorische, metrologische Grundversorgung sichergestellt. Mit vielen freundlichen Grüßen aus der Redaktion der PTB-Mitteilungen

Jens Simon

PS: Unserem Verlag – früher dem Wirtschaftsverlag NW, heute dem Schünemann Verlag – möchten wir an dieser Stelle ein großes „Dankeschön!“ zurufen für eine stets reibungslose, unkomplizierte und konstruktive Zusammenarbeit. Eine bessere Verlagsheimat hätten sich die PTB-Mitteilungen nicht wünschen können.

Vorwort

Sascha Eichstädte

Die Digitalisierung ist ein Transformationsprozess, der in zunehmendem Maße alle Aspekte von Industrie, Wirtschaft und Gesellschaft betrifft. Das Grundkonzept der digitalen Transformation unterscheidet sich vom technischeren Begriff der Digitalisierung dadurch, dass sie nicht bei der Übersetzung von Analogwerten in digitale Einheiten aufhört. Stattdessen werden die digitalen Entitäten als Ausgangspunkt für komplexe und innovative Technologien genutzt. So betonte Prof. Wahlster, Direktor des DFKI und Erfinder des Begriffs „Industrie 4.0“, bei einem kürzlich durchgeführten Industrie-Workshop, dass Unternehmen, die den reinen Digitalisierungsprozess noch nicht abgeschlossen haben, bereits abgehängt seien.

PTB-Digitalisierungsstrategie

Sascha Eichstädt

„Im Zuge der wirtschaftlichen Digitalisierung (virtualisierte Nutzung von Ressourcen, Industrie 4.0, Internet der Dinge etc.) sollte die PTB eine führende Rolle in der Metrologie für Internet- und Digitalisierungsmessgrößen übernehmen, vor allem in den Bereichen Messwesen, Norm- und Kalibrierungswesen und Referenzgrößen in der Informationstechnik.“

Bericht des Wissenschaftsrates, 2017

Innovation und Vertrauen in eine leistungsfähige Qualitätsinfrastruktur sind der Kern einer stabilen und erfolgreichen Wirtschaft und Gesellschaft. Grundpfeiler einer leistungsfähigen Qualitätsinfrastruktur ist die Fähigkeit, durch hochgenaue Messungen valide Daten zu erzielen: die Metrologie. Wirtschaft und Gesellschaft des 21. Jahrhunderts befinden sich in einem tiefgreifenden Prozess der digitalen Erweiterung und Transformation: Jetzt werden die Weichen gestellt, um den Kern des Erfolgs im Digitalen Raum zu verankern – Grundstein für die Entwicklung von Wirtschaft und Gesellschaft im Digitalen Zeitalter. Die Digitalisierung ist dabei ein seit vielen Jahren andauernder Prozess, in welchem sich insbesondere durch die dramatische Entwicklung von Rechner- und Speicherkapazitäten sowie der Geschwindigkeit des Datenaustausches und der kostengünstigen Verfügbarkeit vielfältiger und flexibel einsetzbarer Sensoren in rasanter Geschwindigkeit vollständig neue Möglichkeiten der Vernetzung von Objekten und der Verwendung der gespeicherten Daten und Informationen eröffnen.

Mathematics and Statistics for Digitalization

Markus Bär and Clemens Elster

Digitalization is one of the major current societal challenges and its appropriate handling will determine the future economic success of Germany and the EU. The dramatic development over recent years of computational capacities, the introduction of smart sensors and their interconnection via the Internet have enabled new technological advances that will change daily life. Future metrology faces a transition from the assessment of single measurement devices to fully connected sensor systems raising new challenges such as their calibration or uncertainty quantification. Established mathematical and statistical approaches are often no longer sufficient and need to be expanded or even replaced with new methods. This paper intends to identify and discuss the need for the development of novel methods in mathematics and statistics for metrology required to successfully deal with the challenges of digitalization over the next decades.

The Digital Calibration Certificate

Siegfried Hackel, Frank Härtig, Julia Hornig, Thomas Wiedenhöfer

A digital calibration certificate (DCC) serves for the electronic storage, the authenticated, encrypted and signed transmission and the uniform interpretation of calibration results. Under the leadership of the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), a concept is being developed that will allow these data to be handled in the future. The target group are all facilities worldwide, which need proof of the metrological traceability of their measurement results. These include metrology institutes and designated institutes, national calibration offices, calibration laboratories and many facilities in industry that require proof of their quality management systems.

The analogue calibration certificate has so far rarely generated a surplus value for a company since the data obtained during the calibration are time-consuming and error-prone. The DCC compensates for this crucial disadvantage of its analogue counterpart. Thanks to its machine readability, digitally supported production and quality monitoring processes are greatly supported. This creates a crucial added value for a company that uses the DCC.

A Digital Quality Infrastructure for Europe: The European Metrology Cloud

Florian Thiel, Marko Esche, Federico Grasso Toro, Daniel Peters, Alexander Oppermann, Jan Wetzlich, Maximilian Dohlus

To foster the digital transformation in legal metrology, Germany’s National Metrology Institute (PTB) has initiated the development of a coordinated European digital quality infrastructure for innovative products and services, called the “European Metrology Cloud”. Its foundation lies in a trustworthy metrological core platform in each Member State, designed to support and streamline regulatory processes by joining existing infrastructures and databases and to provide a singlepoint- of-contact for all stakeholders. Within this digital quality infrastructure, reference architectures, i.e. innovative measuring instruments, as well as technology- and data-driven digital services for legal metrology will be provided. The early outcomes of this initiative will be demonstrators to serve as blueprints for the individual national platform to attract further stakeholders and services to be integrated. These first results could be used to support or even initiate processes to “future-proof” national and European legislation. These national platforms can later be combined via a coordinating platform established and maintained by a board of Member States’ repres - entatives, authorities and industrial stakeholders. With these objectives, the initiative fosters the digital single market envisioned by the European Commission..

Software and ICT-related Challenges in Legal Metrology

Florian Thiel

IT technologies have evolved significantly over the past ten years – namely embedded systems, the Internet of Things (IoT), cyber physical systems, cloud computing and big data concepts. These have converged into completely new technology fields like the industrial Internet and smart services. These fields offer technology- and data-driven possibilities which can be exploited for the benefit of all stakeholders in legal metrology, e.g. to reduce development costs, overcome typical barriers to innovation, and speed up the time to market of new products.

We therefore thought it was high time to once again bring together all stakeholders in legal metrology to discuss the challenges and opportunities the digital single market offers.

Aktuelles aus der OIML

Bericht über die 52. Sitzung des CIML in Cartagena de Indias, Kolumbien

Roman Schwartz, Peter Ulbig

Oberstes Ziel der 1955 gegründeten „Organisation Internationale de Métrologie Légale“ (OIML) mit 128 Mitgliedstaaten ist es, die Vielzahl der nationalstaatlichen Rechtsvorschriften und messtechnischen Prüfungen von Messgeräten international zu harmonisieren, für die gegenseitige Anerkennung von Prüfergebissen in den Mitgliedsländern zu sorgen und damit technische Handelshemmnisse im Sinne der WTO (World Trade Organization) abzubauen. Betroffen sind viele eichpflichtige Messgeräte, wie zum Beispiel Waagen, Zapfsäulen, Gas-, Wasser- und Elektrizitätszähler, aber auch Längenmessgeräte, Geschwindigkeitsmessgeräte zur Verkehrsüberwachung und Taxameter.

Die OIML hat zurzeit 62 Mitgliedstaaten und 66 korrespondierende Mitgliedstaaten.

Kambodscha ist seit diesem Jahr neues Mitglied; Bolivien, Ecuador und die Philippinen sind neue Korrespondierende Mitglieder.

PTB-Innovationen

Mehr Sicherheit für Messgeräte durch Hash-basierte Prüfung

Roman Schwartz, Peter Ulbig

Nach dem neuen Mess- und Eichgesetz muss die Software in einem Messgerät regelmäßig auf Datenintegrität überprüft werden. PTBForscher entwickelten für diese Überprüfung ein sicheres Verfahren: Genutzt wird dabei anstatt einer herkömmlichen Checksummen- Berechnung eine robustere Hash-Überprüfung mittels Seperationskernen. Das garantiert mehr Sicherheit gegen Manipulationen durch intelligente Schadsoftware und spart Platz für das Speichern der Dateisystemstruktur. Für die geplante Überprüfung von Messgeräten über riskante, offene Netzwerke, z. B. über Cloud-Systeme, gewährleistet das neue PTB-Verfahren eine ausreichende Daten-Sicherheit. Umständliche Vorort-Prüfungen könnten somit völlig entfallen.

TraCIM

Messgeräte bestehen nicht nur aus Sensoren sondern führen vielfältig komplexe Berechnungen durch, bis das Messergebnis angezeigt wird. Diese metrologischen Algorithmen zur Auswertung und Verarbeitung von Messdaten lassen sich durch einen Web-Service des Netzwerks Traceability for Computationally-Intensive Metrology (TraCIM) validieren. Hierdurch können Fehler bei der Softwareimplementierung aufgedeckt bzw. vermieden werden, die mit der unaufhörlich steigenden Komplexität von Auswertesoftware entstehen. Die Validierung erfolgt dabei über das Internet.