RemoteLabs | MR-Labore für besondere Lebenssituationen

Deutschland sieht sich mit einem gravierenden Fachkräftemangel in den Ingenieurwissenschaften konfrontiert, der durch den demografischen Wandel sowie geringe Bewerberzahlen bedingt ist. Die Struktur der praxisorientierten Studiengänge wirkt sich hemmend auf die Entscheidung von Studierenden in besonderen Lebenssituationen (z.B. mit Betreuungspflichten, psychischen oder körperlichen Einschränkungen) für ein Studium aus oder führt zum Studienabbruch. Die Herausforderung besteht in der Optimierung der Teilnahme dieser Studierenden am Studium sowie in der Förderung der Integration von Ingenieur:innen, die bereits auf dem Arbeitsmarkt tätig sind und zeitweise von zu Hause aus arbeiten müssen. Der technologische Fortschritt und die Verfügbarkeit von Mixed-Reality-Technologien eröffnen in diesem Zusammenhang neue Möglichkeiten.

Im Projekt RemoteLabs wird ein Mixed Reality (MR) Konzept zur Integration von Studierenden und Arbeitnehmern entwickelt, die nicht persönlich anwesend sein können. Der Einsatz von Mixed-Reality-Head-Mounted-Displays ermöglicht es Studierenden, virtuell an Laboren teilzunehmen, ohne physisch anwesend sein zu müssen. Dies erlaubt eine flexible Gestaltung des Studiums und der Arbeitswelt, da eine aktive Teilnahme an Experimenten oder Projekten auch von zu Hause aus möglich ist. Die Kombination von realen und virtuellen Objekten erlaubt den Nutzer:innen eine quasi „vor Ort“-Interaktion in der erweiterten Realität. Insbesondere im Laborbetrieb können so Daten und Prozesse in Echtzeit übertragen werden, während die Teilnehmer:innen von jedem Ort mit Internetzugang teilnehmen können. Diese Interaktion erfolgt über visuelle, auditive und haptische Eingaben, was ein immersives und effektives Lernen und Arbeiten ermöglicht. Das Ziel besteht in der Schaffung einer innovativen Lösung, die über traditionelle Anwendungen in Industrie und Gaming hinausgeht und eine neue Form der Partizipation im ingenieurwissenschaftlichen Bildungs- und Arbeitsbereich ermöglicht.

Laufzeit: 01.03.2025 - 28.02.2028 Förderprogramm: Volkswagenstiftung

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Carsten Stechert

Prof. Dr. Imad Ahmed
Inga Poll, M.A.
Dipl.-Biol. Anka Tobias

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VENeDIG | Virtuelle Entwicklungsteams und digitale Werkzeuge

Im Rahmen dieses Projekts soll ein konfigurierbares VR-Softwarewerkzeug entwickelt werden, das verteilte Teams bei der Durchführung von Entwicklungsaufgaben entlang des gesamten Produktentwicklungsprozesses unterstützt. Mit seiner Hilfe soll es möglich sein, die Entwicklungszeit spürbar zu verkürzen und Fehler zu reduzieren.
Neben den technischen Aspekten müssen bei der Implementierung des VR-Werkzeugs die individuellen Randbedingungen der Unternehmen berücksichtigt werden. Das bedeutet zum einen, dass sich das Werkzeug in die im Unternehmen bestehenden Entwicklungsprozesse und die bestehende Softwareinfrastruktur integrieren lässt.
Um diesen Aspekten und deren unterschiedlichen Ausprägungen in einzelnen Unternehmen gerecht zu werden, wird das Projekt in einzelne Teilprojekte aufgeteilt. Diese sind die eigentliche Softwareentwicklung und die Entwicklung eines Konfigurators zur systematischen Integration der VR im Unternehmensprozess. Zur Bewertung der Gebrauchstauglichkeit der Software wird zusätzlich ein entsprechender Fragenkatalog entwickelt.

Laufzeit: 01.04.2023 - 30.09.2025 Förderprogramm: Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand

Ansprechpartner:
Ali Abughalia, M.Eng.

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AGGIT | Agile Methoden in digitalen Lehrveranstaltungen

In einer aktuellen Befragung der Studierenden hat die Ostfalia Hochschule Herausforderungen identifiziert, die durch die Umstellung auf Online Lehre zugenommen haben. Fehlende Interaktionen und Aktivitäten führen zu einer Verdichtung der Lehrinhalte. Lehrende geben weniger Feedback zum Lernfortschritt, die Kommunikation wirkt unpersönlicher und es zeigen sich Defizite im technischen Know-How bei Studierenden und Lehrenden. Die Folge ist häufig ein niedrigerer Lernerfolg. Das Problem verschärft sich, wenn es sich um Lehrveranstaltungen mit hohem Anwendungsbezug handelt oder weniger aktive und selbstorganisierte Studierende einzubinden sind. Die Ostfalia sieht eine Lösung in der Implementierung agiler Methoden in digitale Lehrveranstaltungen, um den Kompetenzzuwachs der Studierenden zu steigern. Für digitale Hochschullehre ist das eine Innovation. Studierende erhalten durch den Einsatz agiler Methoden Eigenständigkeit in der Planung und Durchführung ihres Lernprozesses, verfolgen kreative Ideen und probieren sich in einem vorgegebenen Rahmen aus. Die Entwicklung und Erprobung eines Baukastens im Peer Review Verfahren vereinfacht es Lehrenden, ihre Online Lehre auf die Visionen und Werte agiler Methoden umzustellen.

Das interdisziplinäre Forschungsprojekt wird durch Lehrende der Fakultäten Maschinenbau, Informatik, Wirtschaft und Fahrzeugtechnik bearbeitet und durch das Zentrum für erfolgreiches Lehren und Lernen (ZeLL) koordiniert und wissenschaftlich begleitet.

Laufzeit: 01.08.2021 - 31.07.2024 Förderprogramm: Hochschullehre durch Digitalisierung stärken

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Carsten Stechert

Projektleitung am ZeLL:
Prof. Dr. Thomas Benda

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Standardisierung von Verpackungsmaschinen

Verpackungsmaschinen werden auf einen spezifischen Kundenwunsch hin entwickelt und üblicherweise als Einzelstücke produziert. Skaleneffekte -wie in der Großserienfertigung- sind nur schwierig zu erschließen. In diesem Projekt werden Es sollen daher neuartige Standardisierungsmöglichkeiten abseits der bekannten Anwendungsfelder der Serienfertigung erforscht.

Laufzeit: 01.10.2022 – 30.06.2023 ETT Verpackungstechnik GmbH
Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Carsten Stechert ETT

 

Innovation Plus | Expert Capture

Durch die Verfügbarkeit von leistungsfähigen mobilen Geräten können Videos und virtuelle Modelle in Echtzeit mit der realen Umgebung verknüpft und als erweiterte Realität auf dem Display angezeigt werden. Dadurch können komplexe Zusammenhänge ortsunabhängig, individuell und interaktiv, als Augmented Reality (AR) Erlebnisse, veranschaulicht werden. Das bietet große Chancen für eine anwendungsorientierte und anschauliche Lehre. Im Rahmen dieses Projekts werden Laborveranstaltungen mit AR-Erlebnisse unterstützt. Hier ist es möglich, Videos der Experimente aus der Anwenderperspektive zu drehen, diese mit zusätzlichen virtuellen Informationen zu ergänzen und mit dem realen Versuchsausfbau in Echtzeit zu verknüpfen. Durch dieses Expert Capture (EC) wird Expertenwissen einfach und zeitsouverän abrufbar. Studierende erschließen sich die Experimente selbstständig. Lehrende überprüfen, ob die Voraussetzungen zur Durchführung der Experimente erfüllt wurden und greifen während der Bearbeitung steuernd ein.

Das Gesamtziel wird durch drei Teilziele beschrieben.

Teilziel 1: Verbesserung der Lehre durch Digitalisierung. Durch EC-Erlebnisse können verschiedene Lernstrategien durch die synergetische Verbindung von verschiedenen Lernmöglichkeiten (Versuchsaufbau, Video, Virtuelles Modell, Zeichnung, Beschreibung) angesprochen werden. Gleiche Inhalte werden auf unterschiedliche Weise aufbereitet und somit der Zugang für Studierende erleichtert. Dabei werden außerdem die Fähigkeiten zur Übertragung von zwei- auf dreidimensionale Darstellungen sowie zeitliche Abfolgen trainiert. Die digitalen Lerninhalte werden Studierenden individuell bereitgestellt. So können einzelne Studierende in ihrem individuellen Lerntempo vorgehen und eigene Schwerpunkte setzen.

Teilziel 2: Stärkung des Praxisbezugs in grundständigen Studiengängen. Das Verständnis der physikalischen Effekte ist grundlegende Voraussetzung für ein Maschinenbaustudium. Durch praktische Anwendung wird die Physik erlebbar. Nur durch die individuelle, intensive und überprüfbare Vorbereitung können auch aufwändige Versuche mit teuren Geräten im Labor selbstständig durchgeführt und zukünftig Lernzieltaxonomiestufen größer drei erreicht werden. Andernfalls können Studierende lediglich den Expert*innen bei der Durchführung zuschauen. Die Gefahr, dass ungenügend vorbereitete Studierende Geräte beschädigen und sich selbst gefährden wäre sonst zu groß.

Teilziel 3: Förderung der Kommunikation und Zusammenarbeit von Studierenden. Die Studierenden erarbeiten sich die Lerninhalte selbstständig in kleinen Gruppen zu vier Personen mit Hilfe der digitalen Medien und der realen Versuchsaufbauten. Dabei wird die Arbeit zwischen den Studierenden aufgeteilt, da einzelne Tätigkeiten zeitgleich durchgeführt werden müssen (z.B. messen, dokumentieren, auswerten). Sie werden durch die EC-Erlebnisse durch die einzelnen Schritte geführt. Durch die in den Teams autark durchgeführte gegenseitigen Überprüfung des Erfolgs eines jeweiligen Schrittes, d.h. das unmittelbare Feedback zum Lernerfolg, wird die Zusammenarbeit und Kommunikation verbessert und durch kollaboratives Handeln die Lernzieltaxonomiestufe sechs erreicht.

Laufzeit: 01.04.2022 - 31.03.2023    Förderprogramm: Innovative Lehr- und Lernkonzepte: Innovation plus
Ansprechpartner: Hans-Patrick Balzerkiewitz, M.Sc. MWK

Innovation Plus | Digitalisierung der Projektkommunikation

Die digitale Zusammenarbeit in verteilten, eigenverantwortlichen Teams ist aktuell kein eigener Bestandteil des Masterstudiengangs Systems Engineering. Eine kürzlich vom Antragsteller durchgeführte Umfrage bei regionalen Maschinenbaunternehmen zeigt allerdings deutlich, dass Absolvent*innen über diese Fähigkeiten verfügen müssen. Der zukünftige Anteil der standortübergreifenden Arbeit wird von einem Großteil der Befragten zwischen 20% und 60% eingeschätzt. Dieses Projekt soll helfen den Studierenden die theoretischen Grundlagen der Projektkommunikation in verteilten Teams zu vermitteln und die Theorie selbst und unmittelbar in Virtual Reality Projektbesprechungen einzusetzen, um sich vertiefendes Wissen und Fähigkeiten zu erarbeiten. Dadurch werden gruppendynamische Effekte auch in digitaler Zusammenarbeit nutzbar und Effekte schlechter Kommunikation (z.B. ungelöste Konflikte) werden erkannt und dadurch beeinflussbar.

Das Gesamtziel wird durch drei Teilziele näher beschrieben. In Teilziel 1: „Verbesserung der Lehre durch Digitalisierung“ sollen die Studierenden in die Möglichkeiten aktueller digitaler Technologien zur Projektkommunikation eingeführt werden. Dazu zählen in erster Linie Projektbesprechungen in der Virtuellen Realität (VR). Studierende sollen lernen sich im virtuellen Raum mit Hilfe eines Avatars zu bewegen, virtuelle Whiteboards zu bedienen und 3D-Objekte zu manipulieren. Sie sollen Gespräche strukturiert durchführen und Techniken wie aktives Zuhören, Delegieren und Entscheiden auch in virtuellen Besprechungen transparent anwenden können. Teilziel 2: „Integration von Forschung in die Lehre“ berücksichtigt die eingesetzte Technologie als aktuellen Forschungsgegenstand. Es existieren derzeit nur sehr wenige valide Erkenntnisse zum Einsatz von VR-Technologien in verteilten Produktentwicklungteams. Die Studierenden sollen auf Basis von konkreten Forschungshypothesen die relevante Literatur recherchieren. Außerdem sollen sie eigene Experimente (z.B. konkrete Rollenspiele unter Einbeziehung ihrer Kommilitonen) durchführen, um die Forschungshypothese zu bestätigen oder zu widerlegen. Das Teilziel 3: „Umgang mit Diversität der Studierendenkohorten“ berücksichtigt, dass einzelne Studierende im Masterstudiengang mit ganz unterschiedlichen Randbedingungen konfrontiert sind und ganz unterschiedliches Vorwissen mitbringen. Für viele ist der Bachelorabschluss bereits einige Zeit her und wurde an anderen (z.T. ausländischen) Hochschulen absolviert. Einige sind neben dem Studium berufstätig oder studieren neben dem Beruf. Einige sind Eltern. Die in der Vorlesung gelernten agilen Kommunikations- und Führungsinstrumente in Kombination mit digitalen Werkzeugen sollen helfen mit der Diversität umzugehen und von der Berufs- und Lebenserfahrung der jeweils anderen zu profitieren. Dazu werden die einzelnen Teams entsprechend ihrer vorhandenen Kompetenzen, Randbedingungen und Erfahrungen zusammengesetzt. Den Studierenden soll ein Höchstmaß an Zeit- und Ortssouveränität ermöglicht werden, indem der Anteil der klassischen Präsenzlehre weiter reduziert wird. Beispiele hierfür sind digitale Kanban-Boards zur Aufgabenverteilung und Eskalation per Ticketsystem.

Laufzeit: 01.04.2021 - 31.03.2022 Förderprogramm: Innovative Lehr- und Lernkonzepte: Innovation plus
Ansprechpartner:
Hans-Patrick Balzerkiewitz, M.Sc.		 MWK

Innovation Plus | Augmented Reality Erlebnisse für die Hochschullehre

Durch die ständige Verfügbarkeit von leistungsfähigen mobilen Geräten sind wir in der Lage virtuelle Modelle in Echtzeit mit der Realität zu verknüpfen und als erweiterte Realität auf dem Display anzuzeigen. Dadurch können auch komplexe Zusammenhänge ortunabhängig, individuell und interaktiv veranschaulicht werden. Aktuelle Einsatzbereiche bieten sich für seltene Wartungsaufgaben, für das Training neuer Prozesse und Fertigungsabläufe oder die Planung von Maschinen und Anlagen z.B. hinsichtlich Bauraum, Zugänglichkeit und Schnittstellen.

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Abbildung 1: a) Studierende nutzen ein AR-Erlebnis im Rahmen einer Machbarkeitsstudie an der Ostfalia, b) Sicht auf das Getriebe ohne Deckel im Mobilgerät, c) Sicht auf das Flankenprofil ohne und d) mit Profilverschiebung.

Das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur fördert ein Projekt an der Ostfalia, damit die Chancen der erweiterten Realität ebenfalls in eine anwendungsorientierte und anschauliche Lehre einfließen. Zweidimensionale Funktionsbeschreibungen auf Folien und Arbeitsblättern können so durch die dritte und vierte Dimension ergänzt werden (s. Abbildung 1). Beispielsweise kann ein leeres Getriebegehäuse mit Hilfe der additiven Fertigung erstellt werden. Die Wellen, Zahnräder und Lager werden mit Hilfe eines QR-Codes virtuell in das Gehäuse projiziert. Auf Knopfdruck können die Parameter einzelner Bauteile verändert werden (z.B. die Profilverschiebung der Zahnräder). Es ergibt sich bei der Auseinandersetzung mit dem Modell eine Ganzkörpererfahrung, die das Verständnis unterstützt.

Das Gesamtziel des Projektes ist es, allen Studierenden ein effizientes Lernen zu ermöglichen und wird durch drei Teilziele näher beschrieben.

Teilziel 1: Lernen auf einem höheren Kompetenzniveau
Durch das AR-Erlebnis werden die bisher nur unzureichend ansprechbaren Lernziele Analyse, Synthese und Beurteilung (vgl. Lerntaxonomie nach Bloom) berücksichtigt. Die zuvor gelernten Einzelaspekte (z.B. Profilverschiebung oder Schrägverzahnung) werden im AR-Erlebnis zusammengeführt (z.B. Schrägverzahnung mit Profilverschiebung). Die Studierenden werden vor eine komplexe Fragestellung gestellt und können ihre Hypothesen direkt im AR Erlebnis überprüfen und gemeinschaftlich diskutieren.

Teilziel 2: Stärkung des individuellen, typenabhängigen Lernens
AR-Erlebnisse sprechen verschiedene Lerntypen durch die synergetische Verbindung von verschiedenen Lernmöglichkeiten (Exponat, RP-Modell, Virtuelles Modell/3D-CAD, Folie/Zeichnung) unterschiedlich an. Dabei werden die Fähigkeiten zur Übertragung von zweidimensionalen auf dreidimensionale Darstellungen, sowie zeitliche Abfolgen trainiert. Im Rahmen der Vor- und Nachbereitung der Vorlesungen, sowie der Prüfungsvorbereitung werden die AR-Erlebnisse zeitsouverän und ortsunabhängig im eigenen Tempo verwendet.

Teilziel 3: Steigerung der Attraktivität von Grundlagenvorlesungen
Es ist nicht das Ziel nur eine einzelne Vorlesung zu verbessern. Es wird außerdem ein Ablaufschema und konkrete Handlungsempfehlungen zur Umsetzung von AR-Erlebnissen erarbeitet. Dadurch wird mittelfristig eine zielgerichtete Einführung von AR-Erlebnissen in weitere Grundlagenvorlesungen erreicht. Während der Projektlaufzeit werden das Ablaufschema und die Handlungsempfehlungen erarbeitet und durch die sukzessive Erstellung von AR-Erlebnissen überprüft und optimiert.

Laufzeit: 01.04.2020 - 31.03.2021 Förderprogramm: Innovative Lehr- und Lernkonzepte: Innovation plus
Ansprechpartner:
Mohamed Habib Yengui 		MWK

Digitalisierung zur Zusammenarbeit in verteilten Entwicklungsteams

Viele Unternehmen haben begonnen ein Lean Development System z.B. unter dem Namen Shopfloormanagement in ihren operativen Bereichen zu etablieren. Durch den konsequenten Einsatz zeigen sich sehr schnell erste Erfolge und es lassen sich häufig bereits im ersten Jahr Effekte im Geschäftsjahresergebnis erkennen. Das liegt meist an der Verbesserung der internen Kommunikation, besseren Planung, engeren Verfolgung und Visualisierung von Planabweichungen. Durch gezielte Prozessverbesserungen, der Elimination von Verschwendung und der Etablierung von kontinuierlichen Verbesserungsprozessen werden mittelfristig weitere Erfolge erzielt.
Die Produktentwicklung zeichnet sich im Allgemeinen durch einen hohen, immer weiter steigenden Anteil der verteilten Zusammenarbeit aus. Produkte werden nicht mehr lokal an einem Standort eines Unternehmens entwickelt, sondern entstehen durch Zusammenarbeit verschiedener, spezialisierter Standorte eines Unternehmens und der Unterstützung durch wechselnde Lieferanten und Dienstleister. Während die Umsetzung von Lean Strategien an einem Standort mit relativ einfachen technischen Hilfsmitteln möglich ist, stoßen viele Ansätze bei der Produktentwicklung in verteilten Teams sehr schnell an ihre Grenzen. Beispielsweise kann eine Regelkommunikation nicht am physikalisch selben Ort durchgeführt werden. Selbst bei Teilnahme durch Telekooperationsmedien (vgl. Abbildung 1) ist eine effiziente Moderation im besten Falle „herausfordernd“, denn durch fehlende Mimik und Gestik ist die Aufmerksamkeit der Teilnehmer kaum zu beurteilen, sprachliche Hürden sind kaum zu überwinden und Missverständnisse sind vorprogrammiert. Weitere Defizite bei der Umsetzung von lokal erfolgreich eingeführten Lean Development Strategien sind:

  • die fehlende Vereinheitlichung der Prozessdaten,
  • die fehlende Digitalisierung der Erhebung von Prozessdaten und daraus resultierend
  • die träge Reaktionszeit auf Schwierigkeiten im Projektablauf.


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Abbildung 1: Design Review eines Getriebes im virtuellen Besprechungsraum.

Das langfristige Ziel des Vorhabens ist es die erkannten Defizite durch eine durchgängige Digitalisierung zu beheben. Dazu sollen generische Methoden entwickelt werden eine standortübergreifende Vereinheitlichung von Prozessdaten herbeizuführen und deren klare Zuordnung zu relevanten Prozessschritten zu ermöglichen. Außerdem soll eine rechnerunterstützte Möglichkeit geschaffen werden die erhobenen Daten in Echtzeit in einer gemeinsamen Datenbasis zusammenzuführen und fallweise automatisiert in verschiedenen Sichten (z.B. abteilungsorientiert, projektspezifisch) zu visualisieren. Planabweichungen sollen automatisiert erkannt und sofort und zielgerichtet eskaliert werden können. Dabei werden die Besonderheiten der internationalen Zusammenarbeit in virtuellen Teams in den Fokus der Betrachtung gerückt. Die sowieso während der Entwicklung lokal anfallenden Daten und Zwischenergebnisse werden herangezogen, um eine feinere Planung bzw. eine frühere Planabweichung im Sinne eines Frühwarnsystems identifizieren zu können. Durch die Standardisierung der Vorgehensweisen und Datengrundlage ist eine klare und eindeutige Zuweisung der Arbeitsumfänge an die verteilten Teams bzw. darüberhinaus innerhalb der Teams möglich. Jedes Teammitglied, egal an welchem Standort, bekommt dadurch eine klare Verantwortlichkeit mit Termin- und Kostenzielen. Dies trägt entscheidend zur Erhöhung der Verbindlichkeit bei. Durch das frühzeitige, transparente Erkennen von Planabweichungen und die eindeutige Zuweisung von Aktionen wird die Reaktionszeit der Problemlösung messbar. Auswirkungen von späten Entscheidungen oder schlechter Priorisierung werden sofort ersichtlich und die Ursachen können zielgerichtet bekämpft werden.

Laufzeit: 01.10.2018 - 30.09.2019 Förderprogramm: Ostfalia Forschungspool
Ansprechpartner:
Hans-Patrick Balzerkiewitz, M.Sc. 		Logo Ostfalia

designed2print | 3D-Printing for Railway Applications

„Es geht nicht darum ein Ding zu besitzen, sondern eine Funktion erfüllt zu bekommen.“ Die Ergonomie stellt den Menschen in den Mittelpunkt, um die Leistung des Mensch-Maschine-Systems zu optimieren. Dazu wird das Produkt an den Menschen angepasst und dadurch die Belastung des Menschen verringert. Das Industrial Design bezieht insbesondere auch die Erfüllung emotionaler Funktionen in die Produktentwicklung ein. Das Drucken von Bauteilen mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren ermöglicht einen erheblichen Gestaltungsspielraum zur Funktionserfüllung, wenn man ihre Randbedingungen kennt und sie gezielt einzusetzen versteht.

Schienenfahrzeuge werden kundenspezifisch in vergleichsweise geringen Stückzahlen produziert, während die Projektdurchlaufzeiten vergleichsweise kurz sind. Gleichzeitig werden hohe Anforderungen an die Sicherheit, die Verfügbarkeit, die Benutzbarkeit, den Leichtbau und die Kosten gestellt. Ziel des Projekts ist es Bauteile und Baugruppen eines aktuellen Fahrzeugs zu identifizieren und unter Berücksichtigung der Aspekte der Ergonomie und des Industrial Design derart umzugestalten, dass eine serientaugliche Fertigung mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren möglich wird. Die Ostfalia beteiligt sich auf diesem Weg als assoziierter Partner in dem durch das BMBF geförderten Vorhaben 3Dsupply: Intelligentes Ersatzteilmanagement unter Berücksichtigung additiver On-Demand-Fertigung.

Laufzeit: 01.03.2019 - 30.09.2019 Förderprogramm: Alstom Transport
Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Carsten Stechert 		alstom
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