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Institut
Datenerfassung für Big Data
(2021)
Big Data und Industrie 4.0 sind Schlagwörter, die in der Automatisierung omnipräsent geworden sind. Mit dem immer größer werdenden Angebot von Cloudanwendungen und einer schleichenden Abkehr der Grundeinstellung, dass sämtliche Daten im Unternehmen gespeichert werden müssen, tut sich eine Vielzahl von Möglichkeiten in der Automatisierungstechnik auf. Diese neuen Technologien, für künstliche Intelligenz oder Predictive-Maintenance, benötigen Daten, um ihre Aufgaben auszuführen, haben aber meist keine Werkzeuge für die Datenerfassung. Durch die langen Laufzeiten für Anlagen (> 20 Jahre) in der Automatisierungstechnik kann es bei Nachrüstungen zu Problemen kommen. In der Feldebene, der untersten Schicht in der Automatisierungstechnik, findet sich eine große Anzahl von Protokollen, die nicht in jeder neuen Technologie verfügbar sind. Genau an diesem Problem knüpft diese Arbeit an und es wird ein System entwickelt, welches von verschiedenen Protokollen Daten erfassen und diese an unterschiedliche Online-Datenbanken transferieren kann. In dieser Arbeit sollen wichtige Aspekte für ein solches System erörtert werden. Eingangs gibt der theoretische Teil einen Themenaufriss zur Industriellen Kommunikation. Genaueres Augenmerk wird auf eine sichere Datenübertragung gelegt, denn bei der Übertragung an Online-Datenbanken muss die Kommunikation verschlüsselt erfolgen. Es wird aber auch generelles Cloudcomputing behandelt, wobei der Fokus auf Online-Datenbanken und den Datenbankmodellen liegt. Das zu realisierende System soll so aufgebaut werden, dass zukünftig andere Protokolle für die Datenerfassung oder neue Online-Datenbank-Anbindungen hinzugefügt werden können. Im praktischen Teil wird das System, unter Berücksichtigung der erarbeiteten Resultate, umgesetzt und auf die Tauglichkeit in der Industrie untersucht.
Diese Arbeit befasst sich mit der Produktrückverfolgbarkeit im Sondermaschinenbau. In den Fertigungszellen besteht oft das Problem, dass die Bauteile ohne maschinelle Identifikation in die jeweiligen Fertigungsregale eingeräumt werden. Somit kann es beim Zusammenbau der Sondermaschine dazu kommen, dass projektrelevante Bauteile fehlen und der Zusammenbau nicht fortgesetzt werden kann. Dies wiederum erzeugt in der Fertigungszelle einen Leerlauf, wodurch die Projektkosten unnötig in die Höhe getrieben werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es festzustellen, welche Auto-ID-Technologie sich in der industriellen Produktionsumgebung behaupten kann. Hierfür werden in der realen Produktionsumgebung Tests anhand von Versuchsaufbauten durchgeführt. Im Speziellen gilt es hierbei zu untersuchen, mit welcher Technologie es möglich ist, Bauteile aus dem hausinternen Fräszentrum und Zukaufteile ordnungsgemäß zu markieren, damit diese in späterer Folge eindeutig identifiziert werden können. Am Eingang der Fertigungszelle wird die Identifikation aller markierten Bauteile erfolgen. Erst nachdem auf diese Weise sichergestellt wurde, dass alle relevanten Bauteile in der Fertigungszelle vorhanden sind, kann der Zusammenbau der Sondermaschine in der Produktion freigegeben werden. Als Ergebnis dieser Forschungsarbeit wird gezeigt, dass die Produktidentifikation mittels RFID-Technologie hierfür technisch besser geeignet ist als die Nutzung von Barcodesystemen.
Diese Arbeit befasst sich mit der Implementierung von fahrerlosen Transportsystemen in ein bestehendes Logistiksystem. Das System besteht aus traditionellen Regallagern, einem automatischen Kleinteilelager, Anlieferregalen und einer manuellen Intralogistik. Es wurde der Stand der Technik, sowie aktuelle Problemstellungen bezogen auf die Rahmenbedingungen, betrachtet. In Anlehnung an diese Recherche wurde ein Konzept erstellt. Dieses umfasst Standard-Anwendungen im Innenbereich für Kleinladungsträger und Paletten bis Sonderlösungen für den Außenbereich, sowie die notwendigen Änderungen an der Infrastruktur. Basis dafür ist eine umfassende Materialflussanalyse und die zugrunde liegende Primärdatenerhebung. Bezogen auf gegebene Restriktionen wurden unterschiedliche Ansätze des Konzepts so vergleichbar wie möglich bewertet und schlussendlich wurde eine qualifizierte Empfehlung gegeben.
TRC²
(2020)
Flex produziert kleine elektronische Module, die am Ende des Produktionsflusses getestet und verpackt werden. Dazu sind selbst entwickelte Testlinien im Einsatz, bei welchen zugekaufte Verpackungsmaschinen integriert sind. Neu entwickelte Produktionsmaschinen führen zu veränderten Anforderungen an die integrierte Verpackungsmaschine. Fehlende Kommunikation schränkt die Möglichkeiten bei der Entwicklung ein. Zusätzlich führt eine unpraktische Ablaufsteuerung beim Ansprechen von Sensoren zu deren Deaktivierung. Ziel des Projekts ist es die bestehende Steuereinheit durch einen neuen Mikrocontroller und ein speziell entwickeltes Controller-Board zu ersetzen. Zunächst werden bekannte Mikrocontroller recherchiert und deren Eigenschaften verglichen. Für die Evaluierung werden die grundlegenden Anforderungen an den Mikrocontroller durch eine Analyse der Verpackungsmaschine ermittelt. Mit den Ergebnissen wird ein Mikrocontroller ausgewählt und ein Prototyp des Controller-Boards angefertigt. Auf dessen Basis wird ein verbesserter Schaltplan erstellt und ein Controller-Board designet und angefertigt. Zur Überprüfung der neuen Steuereinheit werden die Funktionen zur Ansteuerung der Komponenten ausprogrammiert. Die modifizierte Steuereinheit ermöglicht individuelle Verpackungsabläufe mit unterschiedlichen Möglichkeiten der Steuerung des Verpackungsprozesses, sowie der Materialüberwachung. Zukünftige Anforderungen können aufgrund der gewonnenen Flexibilität einfach umgesetzt werden.
Das Unternehmen IGT Austria GmbH entwickelt vorwiegend Softwarelösungen für Glücksspielautomaten in regulierten Märkten weltweit. In einigen dieser Märkte spielt konventionelle Münzverarbeitung eine zentrale Rolle. Somit ist es im Rahmen von Softwareentwicklungsprozessen unumgänglich Tests in Verbindung mit dem automatisierten Münzverarbeitungssystem durchzuführen. Schwierigkeiten ergeben sich in diesem Kontext vor allem in Anbetracht der länderspezifischen Währungen, weil es an Testmünzen oder passenden Bezahlsystemkomponenten fehlt. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich daher mit der Systementwicklung eines Emulators, der die grundsätzliche Funktionsweise realer Komponenten des Münzverarbeitungssystems nachbildet. In dieser Intention wird zunächst das Gesamtsystem der automatisierten Münzverarbeitung sowie die Funktionsweise und Interaktion der Einzelkomponenten analysiert. Unter Berücksichtigung der Grundsätze und Methodiken des Requirements-Engineering werden anschließend konkrete Anforderungen an den zu entwickelnden Emulator ermittelt und dokumentiert. Die Anforderungsspezifikation dient als Ausgangspunkt für konzeptuelle Überlegungen in Bezug auf die Umsetzung. Resultierend aus diesen Überlegungen wird eine geeignete Zielplattform definiert sowie eine Softwarearchitektur entworfen, die durch Erweiterbarkeit und Wartungsfreundlichkeit überzeugt. Nach anschließender Implementierung der Architektur auf Basis plattformübergreifender Entwicklungsansätze, wird der finale Prototyp des Emulators unterschiedlichen Funktionstests unterzogen und evaluiert. Die Tests haben gezeigt, dass der Prototyp funktioniert und die grundlegenden Funktionen erfüllt, allerdings noch weitere Evaluierungen in Richtung Plattform-Abhängigkeit der Software durchzuführen sind.
Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit beschäftigt sich mit der Umsetzbarkeit der derzeitigen Entwicklung von Produktionsanlagen im Kontext von Industrie 4.0 und der einhergehenden Digitalisierung der Maschinen. Es wird ein Bezug zu den Produktionsanlagen der Firma Rosendahl Nextrom GmbH gezogen, um mögliche Use-Cases für die spezifische Branche, in der sich Rosendahl Nextrom bewegt, zu ermitteln. Der theoretische Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der grundlegenden Idee von Industrie 4.0 und warum die wertschöpfende Industrie Bedarf an Veränderung hat. Desweiteren wird auf technologische Weiterentwicklungen in der Automatisierungstechnik eingegangen, welche einen erheblichen Einfluss auf die Produktionsanlagen von morgen haben werden. Dabei werden sowohl Kommunikationsstandards und Sicherheitskonzepte, als auch cloudbasierte Datenerfassung betrachtet. Aufgrund der Anwendungsgebiete der cloudbasierten Datenerfassung wurde im praktischen Teil der Extruder, eine Anlage zur Verflüssigung von Kunststoffgranulat, so erweitert, dass diese mittels standardisierter Kommunikation Messdaten an einen Cloudspeicher übermittelt. Hierbei wurde sehr großer Wert auf Datensicherheit und einfache Implementierung der Kommunikation gelegt. Die Erkenntnis durch das theoretische Wissen und die praktische Anwendung eines Industrie 4.0 Projektes mündete in ein Anwendungsszenarium für Rosendahl Nextrom. Die digitale Anbindung und Speicherung der Messdaten ermöglicht viele verschiedene Auswertungsmöglichkeiten. Durch die Analyse mittels Machine Learning Algorithmen sollen Verschleißerscheinungen der Maschine frühzeitig erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
Als Virtual Reality wird eine Computertechnologie von künstlich geschaffenen Welten, Produkten, Anwendungen, Fähigkeiten und Fertigkeiten bezeichnet. Sie ermöglicht dem Anwender sich in eine virtuelle Welt mit der Hilfe von Virtual Reality-Brillen zu teleportieren, in der er sich nahezu frei darin bewegen kann. Der Anwender nimmt durch die Virtual-Reality Brille seine reale Umgebung nicht mehr wahr und taucht in eine unglaublich real erscheinende immersive virtuelle Welt ein. Die FH CAMPUS 02 plant ihr gesamtes Elektro-Energietechnik-Labor als virtuellen digitalen Zwilling abzubilden. Diese Abbildung soll dann das Gleiche ausführen, wie das Labor in der realen Welt dazu in der Lage ist. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, eine Schnittstelle über zwei Hochsprachen in C++ und C# zu entwickeln die es dem Anwender ermöglicht zwischen der realen und der virtuellen Welt wechselweise zu kommunizieren. Das Ergebnis dieser Masterarbeit ist das Programmieren einer seriellen Schnittstelle die ein Arduino Board, mit einem angeschlossenen Sensor, der die Luftfeuchtigkeit und Temperatur zyklisch ermittelt und die Werte über einen Mikrocontroller speichert, mit Unity 3D 2018 sowie Modbus-TCP verbindet. In dieser Spiele-Engine sowie über Modbus-TCP werden die Ergebnisse in analoger und digitaler Form virtuell ausgegeben und visualisiert. Über eine einfache Schaltung werden, über ein selbst hergestelltes LEDBoard für Demonstrations- und Testzwecke, die Abläufe dargestellt. Die größte Herausforderung der Umsetzung dieser seriellen Schnittstelle stellt dabei dar, dass es dafür bisher keine wissenschaftlichen Ansätze gibt.
Der Trend der Zeit zeigt eine stetige Weiterentwicklung in der Legehennenhaltung. Diese ist mit Herausforderungen verbunden, die der Landwirt zu bewältigen hat, um den wirtschaftlichen Erfolg seines Betriebes nachhaltig zu sichern. Hierzu zählt einerseits die Effizienzsteigerung des Betriebes durch die Überwachung der Legeleistung, sowie den Schutz der Legehennen vor Raubtieren. Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Evaluierung verschiedener Konzepte für eine automatisierte Erfassung der Legeleistung und Zutrittsüberwachung bei geschlossener Auslauföffnung, um das Huhn vor Raubtieren zu schützen. Zunächst werden Methoden zur Identifikation von Legehennen erläutert und auf deren Eignung geprüft. Diese basieren auf zwei grundlegenden Technologien. Mit Hilfe der RFID (Radio Frequency Identification) Technologie, als auch mittels Bildverarbeitung werden die Legehennen identifiziert. Daraus folgend werden Konzepte zur Realisierung erarbeitet und bewertet. Nach Auswahl geeigneter Konzepte werden diese in einem Versuchsaufbau getestet. Bei der Umsetzung mittels RFID wird ein System im Frequenzbereich von 125 kHz gewählt. Im Bereich der Bildverarbeitung wird die Umsetzung mit der Entwicklungsumgebung HDevelop von HALCON realisiert. Das Ergebnis der Versuchsaufbauten zeigen mögliche Lösungswege auf und machen die Schwierigkeiten und Herausforderungen der Technologien sichtbar.
Die Firma Kristl, Seibt & Co GmbH entwickelt und produziert Prüfstände im Bereich der Fahrzeugtechnik. In den vergangenen Jahren wurden verschiedene standardisierte Softwarelösungen für den Betrieb von Motoren-, Antriebsstrang- und Rollenprüfständen entwickelt. Bis dato wurde noch kein standardisiertes Softwaresystem entwickelt, das die weltweiten Prozesse der Messung von Abgasemissionen von Fahrzeugen beinhaltet. Das Hauptziel dieser Arbeit ist, ein strukturiertes und generalisiertes Softwaresystem zu entwickeln, welches die weltweiten Testprozeduren im Bereich der Abgasmessung von Fahrzeugen abdeckt. Zunächst werden dazu die Grundlangen eines Abgasrollenprüfstands analysiert. Darüber hinaus, werden Methoden der Softwareentwicklung zur Strukturierung und Darstellung komplexer Softwaresysteme erarbeitet. Danach werden bestehende Softwaresysteme im Bereich der Abgasmessung von Fahrzeugen evaluiert. Nach diesen Untersuchungen wird eine Softwarearchitektur konzipiert, die eine generalisierte Struktur für die Messgeräte, Fahrzyklen und das Verhalten des gesamten Prüfzyklus beinhaltet. Ausgehend davon wird die modellierte Softwarearchitektur in das Prüfstandsautomatisierungssystem Tornado der Firma Kristl, Seibt & Co GmbH implementiert und getestet. Im Vergleich zu den bestehenden Projekten können durch die erarbeitete Vorgehensmethodik nicht nur objektbasierte Strukturen modelliert, sondern auch generische Programmabläufe entwickelt werden. Somit entsteht ein Softwaremodul, das hinsichtlich Erweiterbarkeit, Flexibilität und Testbarkeit neue Maßstäbe setzt.
Automatisierung in der Transformatorenproduktion ist aufgrund der individuellen Fertigung eine große Herausforderung, jedoch für den nachhaltigen Unternehmenserfolg unumgänglich. Deshalb wird punktuell in jenen Bereichen automatisiert, die sich als geeignet erweisen. Die Systemanforderungen sind hierbei vor allem der Umgang mit einer großen Bandbreite an verschiedenen Bauformen. Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Automatisierung der Aktivteil-Vormessung von Transformatoren. Besonders wird auf die Realisierung einer autonomen Umschaltvorrichtung für den Stufenschalter während des Prüfprozesses eingegangen. Dafür wird zuerst die Funktionsweise und der Aufbau der verschiedenen Stufenschalter-Bauformen behandelt und mittels Versuche deren benötigter Kraft- und Momentaufwand für eine Schalthandlung erfasst. Daraus folgend wird die geeignete Antriebstechnik und Sensorik eruiert und verschiedene Konstruktionskonzepte der Umschaltvorrichtung evaluiert. Das geeignetste Konzept wird umgesetzt, über eine Simatic S7 SPS gesteuert und in einem Versuchsaufbau getestet. Mit dem dadurch entwickelten und optimierten GRAPH-Programm ist der Prototyp in der Lage, verschiedenste Bauformen von Stufenschalter zu bedienen. Ebenfalls Teil dieser Arbeit ist die Konzeptionierung einer automatisierungs- und normgerechten Prüfzelle, um Messungen ohne Anwesenheit von Personal durchführen zu können. Die Ergebnisse dieser Versuche helfen bei der Verbesserung von Hard- und Software und zeigen Herausforderungen und Lösungswege für die Implementierung in die Fertigungslinie auf.
Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es, einen beim Unternehmen AVL List GmbH bis dato manuell durchgeführten Wareneingangskontrollprozess von Batteriezellen zu optimieren. Dazu werden zuerst grundlegende Informationen rund um das Thema Lithium-Ionen-Batterien vorgestellt, die wichtig für den Kontrollprozess sind. Dabei wird vor allem detailliert auf die unterschiedlichen technischen Kriterien wie z. B. Zellspannung, Energiedichte, Zellalterung und Sicherheit eingegangen. Des Weiteren werden die in der Literatur beschriebenen verschiedenen Methoden zur Prozessoptimierung im Supply Chain Management näher erläutert, um daraus die weitere Vorgehensweise bei der Prozessanalyse zu definieren. Im nächsten Schritt wird dann der aktuelle Prozess analysiert und beschrieben, um auf Basis dessen Ablauf eine mögliche Definition für einen automatisierten Prozess zu generieren. Anhand dieser Analyse stellt sich heraus, dass derzeit die Dimensionsmessung in einem unzureichenden Umfang durchgeführt wird. Deshalb ist es notwendig, ausgewählte Methoden zur Geometrievermessung im Detail zu beschreiben. Dazu zählen grundlegende Begriffe der Messtechnik, sowie verschiedene taktile und optische Verfahren. Anhand der Ergebnisse aus der Prozessanalyse und der Beschreibung der Messmethoden werden drei Konzepte erstellt, die passende Lösungen für den Wareneingangsprozess sein können – zusätzlich wird ein Testaufbau erstellt, um erste Ergebnisse aus der Praxis zu sammeln. Nach genauerer Betrachtung der Konzepte kann ein halb-automatisierter Prozess mit einem Lichtschnittverfahren als optimale Lösung definiert werden. Mit dieser Lösung kann die AVL die Kundenanforderungen in puncto Qualität, Sicherheit und Zeit erfüllen. Zudem ist dieser Messaufbau auch für andere Anwendungen einsetzbar.
LOGICDATA entwickelt APIs (Application Programming Interfaces) für die marktführenden Smartdevice Plattformen zur Steuerung von mechatronischen Systemen in der Möbelindustrie. Die Funktionalität dieser APIs muss durch Tests mit verschiedenen Eingabeparametern überprüft werden. Änderungen in der Implementierung der APIs während der Entwicklungs- und Testphase führen zu Wartungsaufwand des Testsystems, welcher manuell durchgeführt werden muss. Das führt zu längeren Testdurchlaufzeiten und zu Verzögerungen in der Freigabe-Phase des Projekts. Ziel dieser Masterarbeit ist es, anfallende Wartungstätigkeiten bei API-Änderungen während der Testphase zu automatisieren, um die Entwicklungszeit des Testsystems zu reduzieren. Zu diesem Zweck soll eine Codegenerierungsmethode ausgewählt werden, mit der Code in verschiedenen Programmiersprachen und Plattformen generiert werden kann. Dafür werden verschiedene Codegenerierungsmethoden hinsichtlich ihrer Eignung für diese Aufgabenstellung miteinander verglichen und eine Wahl getroffen. Aufbauend auf diese Entscheidung wird eine Softwarearchitektur eines Testsystems mit automatischer Codegenerierung entworfen. Nach Festlegung dieser werden der Codegenerator und die Softwarekomponenten des Testsystems entwickelt und die Vorteile hinsichtlich Entwicklungs-, Wartungsaufwand und Testdurchlaufzeit aufgezeigt. Tests mit den ersten implementierten APIs haben gezeigt, dass der Einsatz der automatischen Codegenerierung zu einer höheren Codeflexibilität und niedrigerem Entwicklungsaufwand führt. Das Testsystem kann für die Verifikation zukünftiger API-Releases eingesetzt werden.
Die Fachhochschule CAMPUS 02 hat für Forschungs- und Projektaufgaben sowie für Demonstrationsbzw. Vorführungszwecke für die Studierenden der Fachrichtung Automatisierungstechnik einen SechsAchs-Knickarmroboter des Typs UR5 der Firma Universal Robots angekauft. Dabei handelt es sich um einen kollaborierenden Roboter (eng. COBOT), in dessen Arbeitsbereich Mensch und Roboter interagieren können. Die Sicherheitsfunktionen sind so ausgelegt, dass es selbst bei Kollision zwischen Maschine und Mensch zu keiner Gefährdung der Person kommt. Ziel dieser Arbeit war es, einen mobilen Arbeitsplatz für diesen kollaborierenden Roboter zu gestalten, welcher es ermöglicht, diese Sicherheitsstandards einzuhalten. Des Weiteren galt es zu untersuchen, welcher passende Endeffektor (z.B. Greifer für Manipulationszwecke) in Zukunft verwendet werden kann und ob sich ein Kamerasystem für z.B. das Lesen von Strich- oder Barcodes implementieren lässt. Um einen allen anwendbaren Normen und Richtlinien entsprechenden Arbeitsbereich gestalten zu können, wurden Methoden wie Risikoanalyse, Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA) und Nutzwertanalyse (NWA) herangezogen. Das Ergebnis dieser Analysen und Tests zeigte, dass trotz Einhaltung der Richtlinien und Normen je nach Anwendungsfall, eine Verletzungsfreiheit der interagierenden Person nicht zu hundert Prozent gewährleistet werden kann. Es wird daher empfohlen diese Risiken separat zu bewerten und diese vor der Inbetriebnahme des Systems durch zusätzliche Maßnahme zu eliminieren. Denkbar wären beispielsweise der Einbau von Schutzblechen, die Konfiguration von Schutzebenen oder die Implementierung einer Schutzfeldüberwachung. Das Kamerasystem lässt sich optimal in die Arbeitsplatzumgebung einbinden und entsprechend adaptieren. Greifer bzw. allgemein Endeffektoren müssen immer für jeden Verwendungszweck passend ausgewählt werden. Dabei sollten sowohl wirtschaftliche als auch sicherheitsspezifische Gesichtspunkte als Entscheidungskriterien herangezogen werden.
It is a known fact, that more and more people are spending a big part of their lifetime sitting at a static workplace. It is also known, that this leads to injuries like disturbed blood flow, neck pain or even damage of the spine. Currently a rising number of workplaces is getting smarter. They offer the ability to be adjusted in height and to get connected closer to the user. People working at such workplaces simply need to get used to that functionality and the positive effects on their personal health. The challenge is that currently there is no ideal interface between the user and the workplace. One idea to solve this issue is to use standard smartwatches, which are worn by the user and are able to interact with the intelligent work environment. The aim of this thesis is to find ways, how standard smartwatches can be integrated into an intelligent office environment. The main focus of the thesis is to create a foundation for further developments in that field. Therefore a target system is defined and a system architecture is built upon that. In correlation to the target system the toolchain is set up and the integration is realized through exemplary implementations. These implementations were also tested and verified by a defined group of people. The exemplary implementations show, that an integration of smartwatches into intelligent work environments is possible from a technical standpoint. Next to that, a defined group of people conduct tests with the smartwatches. The survey, which has to be done by the group after the tests, showed that smartwatches bring many challenges in terms of haptics, usability and availability. It is planned to continue the developments in the field of smartwatches and their sensors to finally create a real added value for users of intelligent work environments.
Kamerasensoren werden in der heutigen Zeit nicht nur für Fotoapparate verwendet, sondern sind in einer Vielzahl von Smart-Devices, zum Beispiel Smartphones, Tablets und Smartwatches verbaut. Diese Vielzahl an Bildverarbeitungssensoren legt eine Verwendung neben den ersichtlichen Aufgabengebieten wie Foto- und Video-Anwendungen nahe. So kann mithilfe einer entsprechenden Softwareanwendung Bildverarbeitung, Textverarbeitung, das Lesen von Barcodes oder Gesichtserkennung durchgeführt werden. Ziel der Arbeit ist es den Energieverbrauch von Kameramodulen, die mithilfe eines Mikrocontrollers angesteuert werden, zu senken und energieverbrauchende Faktoren aufzuzeigen. Um dies zu realisieren wurde ein Überblick über den Zusammenhang von Funktion, Auflösung, Framerate und Energieverbrauch von mehreren Kameramodulen erstellt und die Ansteuerungssoftware für die Module adaptiert. Das Resultat der Arbeit zeigt einen eindeutigen Zusammenhang des Energieverbrauchs der Kameramodule mit den gelieferten Bildraten und einen messbaren aber nicht markanten Zusammenhang zwischen den einzelnen Auflösungen wie QQVGA, QVGA und VGA. Aufgrund fallender Preise und der steigenden Anzahl an verbauten Kameramodulen werden Bildauswertungen immer häufiger zum Einsatz kommen. Die Einbindung solcher Kameramodule als LowPower-Applikation mit einer durchgehenden Bildauswertung ist mit heutigen technischen Mitteln durchaus umsetzbar. Es sollte jedoch bedacht werden, dass die Module durch eine Optimierung der Bildrate und Reduzierung der Bildinformation / Auflösung in entsprechend, energiesparende Zustände versetzt werden müssen.
Das aktuell eingesetzte Material-Tracking-System, für die Halbleiterfertigung der ams AG in Premstätten, hat seine Belastungsgrenzen erreicht und muss daher ersetzt werden. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines Konzepts für ein neues System, welches zusätzlich auch der schlanken Produktionsstrategie (Lean Production) entspricht. Dafür werden zunächst im Rahmen einer Literaturrecherche die Grundlagen der Gebiete Materialidentifikation und Materiallokalisation sowie der Lean Production erarbeitet. In der anschließenden Analyse werden die aktuellen Probleme mit Hilfe von Werkzeugen der Lean-Strategie aufgearbeitet und dargestellt. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in die darauffolgende Entwicklung des Konzepts ein. Dabei entsteht ein neues Betreiberkonzept auf aktuellem Stand der Technik, welches auch die logistischen Abläufe im Sinne der schlanken Produktionsstrategie verbessert. Das Ergebnis der Arbeit ist ein umfangreiches Konzept für ein Lean-Material-Tracking-System in der Halbleiterfertigung, in dem die Chancen, aber auch die zu erwartenden Herausforderungen, detailliert dargestellt werden. Als Ausgangspunkt zur Umsetzung des Konzepts werden abschließend die technischen Anforderungen erarbeitet, kategorisiert und bewertet. Das Konzept bietet die Grundlage zur Auswahl eines passenden Lieferanten und Ausführung eines Pilotprojekts, um die Durchführbarkeit unter realen Bedingungen feststellen zu können.
Bei der vorliegenden Masterarbeit handelt es sich um ein Konzept für einen Warehouse-Management-System-Emulator, der für die Inbetriebnahme von Logistikanlagen entwickelt wird. Die Arbeit umfasst weiters die Umsetzung eines automatisierten Leistungsnachweises, der Testszenarien für die Fördertechnik und für Regalbediengeräte erstellen, vorbereiten und ausführen soll. Neben diesen Aufgaben zählen auch der Funktionsnachweis von Logistikanlagen und die allgemeine Unterstützung der Inbetriebnehmer bei ihrer Arbeit zu den Anforderungen an den Emulator. Für die Konzeptionierung wird das System in fünf Teile geteilt: die Datenbank, die Anwendung, die Benutzeroberfläche, den automatisierten Leistungstest und die Replay-Funktion. Hauptaugenmerk wird dabei auf die generische Entwicklung gelegt, wodurch sich der Emulator im Hochlauf selbständig konfiguriert und einfach erweitert werden kann.
Bereits Ende der Sechzigerjahre begann die Entwicklung der strukturierten Programmierung, welche sich lange Zeit als Programmierstandard darstellte. Mit Beginn der Windows-Ära etablierte sich Ende der Achtzigerjahre zusätzlich die objektorientierte Programmierung. Dieser Schritt führt nun zu einem Paradigmenwechsel im Bereich der Programmierung von Speicher-Programmierbaren-Steuerungen. Einige Systeme wie zum Beispiel CoDeSys unterstützen bereits verschiedene Bereiche der objektorientierten Programmierung. Siemens-Steuerungen hingegen bieten derzeit ohne Zusatzsoft- und Hardware noch keinen direkten Zugang zur objektorientierten Programmierung an. Ziel dieser Arbeit ist es die derzeitigen Möglichkeiten aufzuzeigen, um mit Siemens Steuerungssystemen, vorzugsweise Siemens 1500er Steuerungen, objektorientierte Programmierung abzubilden. Die Grundlage dafür wird durch die Definition der Norm IEC 61131-3:2003 bezüglich der Wiederverwendbarkeit von Funktionsbausteinen sowie auch der Erweiterung der Objektorientierung der IEC 61131-3:2013 geschaffen. Zur Untersuchung werden die Varianten objektorientierte Programmierung mit Funktionsbausteinen sowie die objektorientierte Programmierung mit SCL und Siemens SIMOTION Systemen herangezogen. Anhand einer Evaluierung werden die verschiedenen Methoden gegenübergestellt. Resultierend erscheint die herkömmliche Variante objektorientierte Programmierung mit Funktionsbausteinen als am Besten zur Realisierung eines Steuerungskonzeptes eines Shuttle-Liftes geeignet. Aufbauend auf der gewählten Methode werden Steuerungs- wie auch Visualisierungs-Programmierrichtlinien definiert, somit kann eine bestmögliche Umsetzung des Konzeptes erfolgen. Abschließend werden diese Richtlinien in einer Beispielprogrammierung angewandt um daraus Schlüsse für weitere Entwicklungsschritte ziehen zu können.
Das Unternehmen Schunk Hoffmann Carbon Technology ist Weltmarktführer in der Produktion von elektrisch leitenden Kohlebürsten für Gleichstrommotoren. Die Finalfertigung des Produkts findet auf selbstgebauten Maschinen statt, sogenannten Rundtaktanlagen. Für ein neues Projekt kopiert die Programmierabteilung des Maschinenbaus ein vorhandenes Programm einer Rundtaktanlage und ändert es entsprechend den Bedürfnissen der herzustellenden Anlage ab. Dieses Vorgehen birgt die Gefahr Fehler zu übersehen und sie erst bei der Inbetriebnahme der Maschine zu entdecken. Darüber hinaus ist die Prozedur monoton und beansprucht Zeit, welche der Entwickler anderweitig für das Projekt nutzen könnte. Das Ziel dieser Masterarbeit war es einen Codegenerator zu entwickeln, der automatisiert ein benutzerdefiniertes Grundprogramm für eine Rundtaktanlage erstellt. Ein Generator hat den Vorteil, dass keine Fehler aufgrund des Kopierens alter Anwendungen auftreten und er die zeitaufwendige manuelle Nacharbeit eliminiert. Um eine parametrierbare und wiederverwendbare Vorlage für den Codegenerator zu erhalten, fand eine Analyse der bisherigen Rundtaktanlagen statt. Nachdem die Programmierabteilung die Anwendungen der Anlagen in einer Entwicklungsumgebung der Firma Beckhoff erstellt, wurden Methoden zur automatisierten Erzeugung von Programmcodes für diese Applikation evaluiert. Das Resultat der Masterarbeit ist der Codegenerator Code Monkey. Ein Mitarbeiter der Maschinenbauabteilung erstellt einmalig eine Vorlage für eine Rundtaktanlage. Der Generator bereitet anschließend das Template für den Bediener auf und dieser kann es entsprechend seinen Anforderungen konfigurieren. Aufgrund der frei wählbaren Benutzereingaben ist es dem Generator möglich aus einer Vorlage das Grundprogramm für eine Vielzahl an unterschiedlichen Rundtaktanlage zu erzeugen. Mit der Applikation Code Monkey ist der Maschinenbau der Firma Schunk Hoffmann Carbon Technology zukünftig im Stande Programme für Rundtaktanlagen in nur wenigen Schritten generieren zu lassen und gleichzeitig die Entwicklungszeiten für neue Anlagen zu reduzieren.
In dieser Arbeit wird auf die Realisierung eines Soft- und Hardwarekonzeptes eingegangen, welches ein optisches Auswertesystem von Dartpfeilen auf einer Dartscheibe umfasst. Durch Literaturrecherche wurden Methoden und Ansätze zu optischen Bildverarbeitung erarbeitet.
Nach der Erstellung des Hardwarekonzepts, wird der mechanische Aufbau mit den ausgewählten Elektronikkomponenten durchgeführt. Mithilfe der Bildverarbeitungsbibliothek OpenCV wird in C# eine Testumgebung aufgesetzt, welche zur Findung der Einstellparameter und Erarbeitung des Auswertealgorithmus eingesetzt wird. Hierfür wird eine grafische Oberfläche erstellt, die eine benutzerfreundliche Bedienung aufweist. Der dadurch erzeugte Auswerte- und Positionierungsalgorithmus wird im nächsten Schritt in einer Software umgesetzt.
Die Resultate des Softwaretests zeigen, dass der Algorithmus funktioniert, jedoch noch Verbesserungspotenzial in Bezug auf die Genauigkeit aufweist. Zusätzlich muss ein Weg gefunden werden, die USB-BUS-Last zu minimieren beziehungsweise das simultane Einlesen von Kameras über einen USB-HUB zu vermeiden.
Webshop to Machine
(2017)
Die vertikale Integration von Geschäftsprozessen ist ein wesentlicher Bestandteil der Idee Industrie 4.0. Der Datenaustausch innerhalb des Unternehmens kann durch Enterprise Resource Planning (ERP) und Manufacturing Execution Systeme (MES) unterstützt werden. Diese Systeme bieten eine hohe Flexibilität und können eine Vielzahl von Daten verarbeiten, ihre Umsetzung und die spezifische Anpassung sind jedoch mit einem erheblichen wirtschaftlichen Aufwand verbunden. Dies ist vor allem für kleine und kleine Unternehmen eine große Herausforderung. Ziel dieser Masterarbeit ist es, Konzepte für ein flexibles und sicheres System zu erarbeiten, das einen Datentransfer zwischen verteilten Produktionsanlagen und einem Webshop ermöglicht. Dieses System sollte eine automatische Abwicklung von Aufträgen in einem Online-Shop ermöglichen. Zusätzlich soll eine weitere Website für den Betreiber die Überwachungsdaten der Anlagen zur Kontrolle und Optimierung des Herstellungsprozesses zur Verfügung stellen. Zuerst wurde der Beitrag der Idee, Webanwendungen mit der Produktion zu verknüpfen, in Bezug auf die Industrie 4.0 umrissen. Im theoretischen Teil wurden die Gestaltung von Webanwendungen und die Möglichkeiten einer Kommunikation mit der Steuerung der Produktionsanlagen untersucht. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden mögliche Bedrohungsszenarien skizziert und mögliche Gestaltungsvarianten für die Systemarchitektur entworfen. Nach der Auswertung dieser Konzepte wurde das Projekt als Prototyp realisiert und an einer Produktionsanlage getestet. Das ausgeführte System sorgt für einen sicheren Datenaustausch mit Web-Applikationen und ist besonders einfach in bestehende Systeme zu integrieren. Darüber hinaus ermöglicht es eine automatische Abwicklung der Aufträge im Online-Shop und eine Datenüberwachung für den Betreiber. Es bietet eine wirtschaftlich attraktive, kleine Alternative zu bestehenden MES- oder ERP-Systemen. Basierend auf diesen Ergebnissen sind weitere Langzeitversuche erforderlich, um die höhere Leistung aufgrund der automatischen Auftragsabarbeitung zu bestätigen und weitere Verbesserungen am Prototypen vorzunehmen.
Durch Unfälle und Erkrankungen des zentralen Nervensystems kommt es häufig zu Beeinträchtigungen des alltäglichen Lebens von Betroffenen. Besonders bei der Neurorehabilitation handelt es sich teilweise um einen langwierigen Prozess, bei welchem durch den Einsatz von therapieunterstützenden Technologien die Häufigkeit und Dauer des Trainings gesteigert werden können. Daher beschäftigt sich diese Arbeit mit der Entwicklung eines Handmotorik-Trainingsgeräts, welches den Genesungsprozess unterstützen soll.
Das Ziel dabei ist, das Gerät nicht nur aus ingenieurtechnischer Sicht zu entwickeln, sondern in einem frühen Stadium die Expertise von Fachexpert*innen miteinzubeziehen. Zu Beginn wird ein Konzept erarbeitet, wonach ein erster Prototyp entwickelt wird. Dessen Evaluierung wird sowohl nach technischen Limitationen, als auch bezüglich praktischer Anwendbarkeit durchgeführt. Für letzteres wird eine Testung mit anschließender Befragung von 14 Ergotherapeut*innen durchgeführt, wonach mittels Usefulness, Satisfaction and Ease of Use (USE)-Questionnaire und eines Fragebogens qualitative und quantitative Daten erhoben und folglich ausgewertet werden. Basierend auf den Ergebnissen der gesamten Evaluierung werden neue Anforderungen abgeleitet, um das Trainingsgerät zielgerichtet weiter zu entwickeln.
Eine qualitative Evaluierung zeigt bei 7 von 10 Antwortkategorien der kritischen Fragestellungen eine Verbesserung im Zuge der Weiterentwicklung. Weiters kann für die Verbesserungen hinsichtlich Verfahrgeschwindigkeit, Vibrationen und Geräuschemission ein quantitativer Nachweis erbracht werden. Hinsichtlich der Relevanz zeigt sich, dass sich alle Befragten vorstellen können, solch ein Gerät im therapeutischen Bereich einzusetzen und das Training damit kognitive und motorische Fähigkeiten verbessern kann.
Künstliche Intelligenz (KI) und Cloud-Computing sind treibende Kräfte der digitalen Transformation und Erfolgsfaktoren für eine nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit. Insbesondere der Bereich der KI-basierten Audiosignalverarbeitung weist ein hohes Potential zur Fehlererkennung von Maschinen und Anlagen auf. Jedoch scheitert die Umsetzung von KI-Projekten oftmals bereits vor Projektstart aufgrund fehlender Fachkenntnisse der Unternehmen.
Das Ziel dieser Masterarbeit ist zu zeigen, wie KI-basierte Audioklassifizierungssysteme unter Verwendung von Cloud-Services implementiert werden können. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Phasen eines KI-Projektes, von der Datenanalyse bis hin zur Bereitstellung eines fertig trainierten Modells in der Cloud-Umgebung, betrachtet. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass State-of-the-Art-Audioklassifizierungs-systeme auf Konzepten wie der Fourier-Analyse, Convolutional Neural Networks (CNN) und Recurrent Neural Networks (RNN) basieren. Anhand dieser Methoden wurden insgesamt 33 Klassifizierungsmodelle mittels Python, PyTorch und der cloudbasierten Plattform Google Vertex AI implementiert, trainiert und verglichen. Aufgrund der dynamischen Charakteristik der Audiodateien, wurde dazu ein komplexer Datensatz der Plattform Kaggle als Entwicklungsgrundlage verwendet (BirdCLEF2022).
Das ausgewählte Modell wurde hinsichtlich der Vorhersagegenauigkeit optimiert und auf Vertex AI zur Beantwortung von Vorhersageanfragen veröffentlicht. Dabei konnte ein auf der CNN-Architektur basierendes Klassifizierungsmodell entwickelt werden, das neun unterschiedliche Klassen mit einer Vorhersagegenauigkeit von 80,4 % klassifiziert. Weitere Ideen zur Verbesserung des Ergebnisses konnten vorgestellt werden, wodurch bewiesen wird, dass schwierige Daten mit einer Vorhersagegenauigkeit von über 90 % klassifiziert werden können. Diese Masterarbeit zeigt, wie ein KI-basiertes Audioklassifizierungssystem unter Verwendung verschiedener Cloud-Dienste und State-of-the-Art-Deep-Learning-Methoden, entwickelt werden kann.
Teleoperation über 5G
(2022)
Die Mobilfunktechnologie beeinflusst die Kommunikation und den Informationszugang der Menschheit seit den 1980er Jahren. Der 2017 definierte New-Radio-Standard der fünften Generation, bezeichnet als ‚5G‘, bietet fundamental neue Funktionalitäten, die mit keiner vorhergegangenen Mobilfunktechnologie vergleichbar sind. Aus diesem Grund wurde an der Fachhochschule CAMPUS 02 eine 5G-Infrastruktur errichtet, um Forschungsarbeit in den neuen Anwendungsfeldern und Einsatzszenarien zu betreiben.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Realisierung eines ersten Anwendungsfalls in der Infrastruktur der Fachhochschule CAMPUS 02, um die Datenübertragung mit niedriger Latenz und Latenzzeitmessungen in einem 5G-Netzwerk zu untersuchen.
Zu Beginn erfolgte eine Sichtung der verfügbaren Soft- und Hardware für die Entwicklung eines Versuchsträgers, der die Anforderungen erfüllt und fernbedienbar ausgeführt werden kann. Der Aufbau bestand aus zwei USB-Webcams, montiert auf einem motorisierten Stativ. Die Steuerung erfolgte mit einem Servo-Controller-Board und einem Raspberry Pi 4, der mit einem 5G-Modem/Router verbunden war. Als Wiedergabegerät der Videoübertragung diente eine VR-Brille, die mit einem Kabel an einem Rechner angeschlossen war. Die Anforderungen an die Datenübertragung konnten durch die Nutzung des bidirektionalen WebRTC-Protokolls erfüllt werden. Dieses ermöglichte die Video- und Audioübermittlung sowie einen Datenkanal für die Übermittlung der Kopfbewegung.
Als wichtigstes Ergebnis sind die Entwicklung und Inbetriebnahme der Testanwendung zur Durchführung von Netzwerkmessungen mittels perfSONAR, einer Network-Performance-Monitoring-Software, zu nennen. Aufgrund von Limitationen technischer, infrastruktureller und zeitlicher Natur konnten nicht alle Aspekte vollumfänglich untersucht und umgesetzt werden. Basierend auf den erzielten Resultaten wurde eine Roadmap für die Rekonfiguration der 5G-Infrastruktur erstellt und weiter Entwicklungsmöglichkeiten für den Versuchsaufbau aufgezeigt.
Künstliche Intelligenz (KI) ist heutzutage ein wichtiger Teil von vielen Software-Applikationen geworden. Sie ist in Handy Apps integriert und je komplexer KI wird, umso größer ist in diesem Zusammenhang der Einfluss, den sie auf die individuelle Privatsphäre hat. Potentielle Risiken, die durch KI entstehen können, haben die Europäische Union dazu gebracht, einen Vorschlag für eine KI-Verordnung zu erarbeiten. Um die darin geforderten Risikominderungsmaßnahmen zu adressieren, hat das Fraunhofer Institut einen Leitfaden zur Gestaltung vertrauenswürdiger Künstlicher Intelligenz veröffentlicht.
Das Hauptziel dieser Masterarbeit ist es, diesen textbasierten Leitfaden in ein Software-Tool zu überführen, welches Entwicklern von KI-Applikationen hilft, den Prozess gemäß Leitfaden zu dokumentieren. Dies hilft, den Leitfaden zu vereinfachen, um einen niederschwelligen Zugang zu dem Leitfaden für viele Menschen zu ermöglichen. Weitere Ziele dieser Arbeit sind sowohl das Aufdecken von möglichen Optimierungen der Richtlinie als auch Verbesserungen des bestehenden Software-Frameworks.
Das Software-Tool wurde unter Zuhilfenahme dieses Frameworks innerhalb der Low-Code Plattform Mendix entwickelt.
Das Ergebnis ist ein Software-Tool, welches die Anforderungen an vertrauenswürdige KI vereinfacht, je nach dem Anwendungsbereich der gerade beurteilten KI-Applikation. Nach der Nutzung des Software-Tools kann ein Bericht erzeugt werden, um die erfüllten Anforderungen der Vertrauenswürdigkeit zu dokumentieren.