Automatisierungstechnik-Wirtschaft
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Um am Markt erfolgreich zu bleiben, müssen Unternehmen ihren Kunden und Kundinnen individuelle Produkte anbieten. Dies geht soweit, dass mittels Konfiguratoren Produkte eigens gestaltet werden können. Bei einer hohen Anzahl von verschiedenen Produktvarianten und Kleinstlosgrößen ist es für Unternehmen herausfordernd weiterhin wirtschaftlich zu produzieren. In dieser Arbeit wird untersucht, wie mittels einer Roboterzelle und deren Anbindung an ein Produktionsplanungssystem die Fertigung für Kleinstlosgrößen automatisiert werden kann. Das Ziel ist über eine Schnittstelle automatisiert Produktionsdaten vom Produktionsplanungssystem an eine Roboterzelle zu übertragen. Die Generierung der benötigten Produktionsdaten wird hierfür ebenfalls erarbeitet. Die Minimierung der Produktionskosten und Durchlaufzeit für Kleinstlosgroßen bei einer hohen Anzahl an Produktvarianten ist erwünscht. Der gesamte Prozess von der Konfiguration einer Produktvariante bis zu deren Assemblierung wird analysiert. Auf Basis dieser Analyse wird ein Soll-Prozess für die Automatisierung der Fertigung spezifiziert. Die Integration von drei Systemen durch den Aufbau von zwei automatisierten Schnittstellen und Anpassungen im Enterprise Resource Planning (ERP) System ermöglicht die Umsetzung des Soll-Prozesses. Die Anpassungen im ERP-System ermöglichen eine flexible Gestaltung der zu übertragenden Produktionsdaten. Die Daten können individuell für verschiedenste Produkte generiert werden. Abhängig von den Anforderungen sind die Schnittstellen mittels Webservice und einer dateibasierten Datenübertragung aufgebaut. Das Resultat der Arbeit ist die bereits in einer Testphase laufende automatisierte Assemblierung von Kleinstlosgrößen. Produktionsdaten werden automatisiert vom ERP-System generiert und an eine Roboterzelle übertragen. Ein Prozess der flexiblen automatisierten Produktion wird eingesetzt um Kosten und wertvolle Produktionszeit einzusparen.
During the last decades the functionality of software has risen steadily, which has led to an increased complexity. In the classic field of information technology this problem can be solved with a well-documented software architecture. In an industrial environment this is not feasible, because these systems do not support programmable logic controllers (PLCs). SSI Schäfer Automation is facing a generation change of their used PLC systems resulting in a redesign of the current software. The aim of this master thesis is to create a software architecture system that can also be used for PLCs. Using this system, a software architecture is designed which matches the demands of a state-of-the-art conveyor system. An object-oriented architecture is developed that can also be applied to the PLC systems which do not support object-oriented languages. The architectural process is outlined in a few examples and demonstrates the development from the requirements to the necessary definitions and subsequently to the model-based software architecture documentation. The designed architecture is as flexible as possible and can be used for multiple different products. With the architectural system it is possible to design these systems and document all the necessary decisions. Currently the architecture is applied to the first product and others will follow.
The goal of this thesis is to find a process that enables Agile development for projects involving hardware and software. This process is then verified in the course of a project to evaluate the impact on product development. The aim is to find a way for product development to work in an Agile setup to make use of the advantages that come with Agile project planning and execution. The established methodologies such as Scrum and Kanban focus solely on software development and therefore do not work for development of hardware components without major adjustments in the framework. The process that is set up shall take incentive by existing frameworks but shall also work for both hardware and software devel-opment at the same time. The process is constructed by using an already established framework for software development and aimed at including hardware in iterations. As issues occur in setup of the process, adjustments are to be made until both hardware and software were aligned again. The verification of the method is carried out in the development of a new product for the Atomic Force Microscope “Tosca 400” of Anton Paar. This product includes the disciplines of Mechanics, Electronics, FPGA, Firmware and Software and is therefore qualified to verify the process. Releases in iterations shall guarantee high quality standards at the final release and enable the customer representative to request new or altered features during the project in order to make the product competitive. The new process is able to achieve several positive effects. The project planning efforts are lowered while the estimation accuracy in both effort and release dates are significantly higher. The customer representative is included into the process from the beginning which resulted in alignment of the product vision in an early state. This new process must be further verified in a bigger project to ensure that process also works in different scales. Flexibility in management levels can pave the way for future implementations and must adjust to a new set of deliverables in reviews.
Regalbediengeräte haben einen sehr volatilen Energiebedarf, welcher in weiterer Folge zu hohen Lastspitzen führt. Neben dem reinen Stromverbrauch einer Anlage haben auch diese Energiebedarfsspitzen Auswirkungen auf die Kosten für die Energieversorgung und die dafür notwendige Infrastruktur. Zur Reduktion des Spitzenbedarfs einer Anlage mit mehreren Regalbediengeräten ist eine entsprechende Koordination der Geräte in Form eines Lastmanagements notwendig. Ziel dieses Lastmanagements ist es, die Überlagerung von Lastspitzen der einzelnen Regalbediengeräte zu verhindern. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurden verschiedene Konzepte für ein entsprechendes Lastmanagement erarbeitet. Diese Konzepte wurden als zusätzliches Softwaremodul in die bestehende Standardsoftware für Regalbediengeräte von Jungheinrich Systemlösungen integriert. Die Wirksamkeit und Effizienz des Lastmanagements wurde im realen Anwendungsumfeld geprüft und verifiziert. Dabei wurden sowohl die mögliche Reduktion der Energiebedarfsspitzen als auch die Auswirkung auf die Systemleistung betrachtet. Als Ergebnis entstanden verschiedene Lösungen, die den Energiebedarf bzw. die Systemleistung unterschiedlich stark beeinflussen. Dadurch ist es möglich, abhängig von den Anforderungen der KundInnen, das jeweils passende Lösungskonzept anzubieten.
Das Wachstum des Onlinehandels setzt den stationären Handel zunehmend unter Druck. Um das Einkaufen in Geschäften für Kunden attraktiver zu gestalten und die Effizienz zu steigern setzten Händler vermehrt auf den Gebrauch von Technik. Dieser Wandel schafft auch Möglichkeiten für den Einsatz von Technologien aus dem Bereich der Intralogistik. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Identifizierung konkreter Anwendungsmöglichkeiten der Technologien im stationären Handel. Dazu werden Geschäfte unterschiedlicher Branchen hinsichtlich der Funktionen deren Flächen, sowie den Eigenschaften von Produkten untersucht. Im darauffolgenden Schritt erfolgt die Analyse ausgewählter Technik bezüglich der Anforderungen des Handels. Über eine Nutzwertanalyse erfolgt danach die Auswertung von Anforderungen und Fähigkeiten. Durch die Gegenüberstellung lässt sich an den Kreuzungspunkten erkennen, welche Technologie die jeweiligen Anforderungen zu einem hohen Grad erfüllen. Diese bilden die Use Cases und entsprechen dem Ergebnis der vorliegenden Arbeit. Beschrieben werden sie durch die Eignung der Technologie für die Kombination aus Flächen- und Produkteigenschaften. Zusätzlich dazu werden Handlungsempfehlungen für den effizienten Einsatz der Technik in Bezug auf die möglichen Leistungskennzahlen gegeben.
Konzepterstellung für die Automatisierung des Probenhandlings eines Röntgenstrukturanalysegerätes
(2022)
Ein Röntgenstrukturanalysegerät ist ein hochpräzises Labormessgerät, welches mithilfe von Röntgenstrahlen Materialeigenschaften und Zusammensetzungen von Proben bestimmt. Ein solches Messgerät befindet sich im Sortiment der Anton Paar GmbH und wird in dieser Arbeit um ein automatisiertes Probenhandling erweitert. Im Mittelpunkt steht dabei die Handhabung der Probenteller, die als Aufnahmebauteile für die zu messenden Proben dienen. Dazu werden Komponenten und Technologien zur Proben-Speicherung, Proben-Bewegung und Proben Identifikation benötigt, wobei fundierte Informationen dazu im theoretischen Teil der Arbeit aufbereitet werden. Der Schwerpunkt des praktischen Teils liegt in der Erstellung eines 3D Gesamtkonzepts und der Auswahl der dafür notwendigen Komponenten mithilfe von geeigneten Bewertungskriterien. Da das Gerät bereits am Markt angeboten wird, werden die Platzverhältnisse des Gerätes für die Integration und Positionierung diverser Komponenten ausführlich analysiert. Des Weiteren werden die Kommunikation der Komponenten und die Sicherheit des Gesamtgerätes genauer betrachtet und auf das automatisierte Probenhandling abgestimmt. Auch der gesamte Ablauf einer Messreihe wird untersucht, um das Automatisierungskonzept an die einzelnen Schritte bestmöglich anzupassen. Nach der Auswahl der benötigten Komponenten wird daraus ein funktionsfähiges Gesamtkonzept erstellt, welches in weiterer Folge detaillierte Ausschnitte einer möglichen Programmierung der Proben-Bewegung beinhaltet. Damit diese Lösung zukünftig auch in die Serienfertigung der Röntgenstrukturanalysegeräte integriert werden kann, wird der Schwerpunkt der Programmierung auf die Ausarbeitung einer universellen Lösung gelegt, welche geräteunabhängig verwendet werden kann. Das erarbeitete Gesamtkonzept für die Integration eines automatisierten Probenhandlings wird von den theoretischen Grundlagen bis hin zu Ansätzen der Programmierung der Proben-Bewegung behandelt und kann als Empfehlung für eine zukünftige Umsetzung herangezogen werden.
Der Zweck dieser Masterarbeit ist mit Hilfe vorhandener Messdaten technische Gebrechen vorhersehen oder sogar verhindern zu können. Für die praktische Anwendung wurde die Kraftstoffkonditionierungseinheit des Unternehmens AVL ausgewählt. Hierbei werden mehrere Kraftstoffkonditionierungseinheiten desselben Typs von verschiedenen Prüfständen überwacht, um schneller an mehr ausschlagkräftige Daten zu kommen. Diese Einheiten dienen dazu, den Kraftstoff mit gewünschtem Druck und Temperatur zum Motor zu fördern. Um diese gewünschten Sollwerte erreichen zu können, benötigt dieses Gerät viele Messsensoren, deren Messdaten in drei Minutentakt in ein Dokument übertragen werden, um diese für die weitere Analyse und Überwachung verwenden zu können. Zusätzlich werden diese Daten verwendet um eine Augmented Reality Brille mit den notwendigen Daten auszustatten, um Wartungen mit Anleitung und Simulation darstellen zu können. Der Hauptzweck dieser Masterarbeit besteht darin, die häufigsten Ausfallsituationen festzustellen, deren Gründe herauszufinden und mit Hilfe der Messdaten diese zu erkennen. Wenn diese Analyse abgeschlossen ist, werden die Messdaten über eine Plattform überwacht und bei erneuter Erkennung dieser Abweichung wird automatisch eine Wartung eingeplant, um diesen Ausfall zu verhindern. Eine solche Systemüberwachungssoftware, die direkt mit dem Service Techniker zusammenarbeitet ist eines der Themen der Industrie 4.0.
Die Elektrifizierung führt zur Zeit zu den größten Änderungen in der Automobilindustrie. Obwohl Brennstoffzellen Teil eines elektrischen Antriebsstrangs sein könnten, konnten sie sich bis heute nicht auf dem Markt durchsetzen. Einer der Hauptgründe dafür ist die vergleichsweise kurze Lebensdauer eines Brennstoffzellen-Stacks. Die Lebensdauer wird maßgeblich beeinflusst von Degradationseffekten, welche in suboptimalen Betriebspunkten verstärkt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist, ein System für einen Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzellen Stack zu entwickeln und in einen Prüfstand zu integrieren, damit Degradationseffekte überwacht und vermessen werden können. Um das zu erreichen, muss der Brennstoffzellen-Stack durch den Systemaufbau in unterschiedliche Betriebspunkte (Strom, Spannung, Gasmenge und Temperatur) versetzt werden können. In jedem Betriebspunkt kann somit eine elektrochemische Impedanzspektroskopie sowie eine Klirrfaktoranalyse durchgeführt werden. Die Messdaten geben Auskunft über den technischen Zustand der Zelle. Weiters wird eine Messmethode entwickelt, die ein effizientes und automatisiertes Testen sowie selbstständiges Ermitteln der optimalen Betriebspunkte ermöglicht. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Brennstoffzellen-System, das aufgebaut und in einen Prüfstand integriert ist. Die Messmethode wird in näherer Zukunft umgesetzt und soll für weitere Prüfstände standardisiert eingesetzt werden. Dieser Aufbau ermöglicht eine innovative Untersuchung von Degradationseffekten, die eine wichtige Rolle in der weiteren Brennstoffzellenentwicklung für Fahrzeuge spielen.
Die vorliegende Masterarbeit stellt ein integriertes Vertriebstool für das Unternehmen Fb Industry Automation vor, das speziell auf Lagerautomatisierungsanforderungen zugeschnitten ist und ein vorhandenes System ersetzt. Fb Industry Automation bietet das Fb Kompaktshuttle System für Kleinteile an. Es bedient eine große Anzahl von Kunden, die hauptsächlich im Produktionssektor tätig sind. Beim aktuellen Prozess, der die Berechnung von Budgets und die Erstellung von 3D-Modellen umfasst, handelt es sich um einen manuellen Prozess, der zeitaufwändig, anfällig für Fehler und nur schwer skalierbar ist. Das Ziel dieser Masterarbeit besteht darin, ein benutzerfreundliches und leistungsstarkes Vertriebstool zu entwickeln, mit dem das Fb Kompaktshuttle System automatisiert budgetiert und in 3D modelliert werden kann. Ziel des Tools ist es, den Vertriebsprozess zu
beschleunigen und die Genauigkeit der Angebote zu erhöhen. Dazu zählen eine Untersuchung der aktuellen Situation, eine Erläuterung grundlegender Logistikbegriffe und -definitionen sowie eine Vorstellung der Softwareentwicklung und der Technologien, die für die Entwicklung des Tools erforderlich sind. Die Entwicklung und Implementierung des Tools erfolgt auf dieser Basis, während die ERP-Schnittstelle entworfen wird. In dieser Masterarbeit werden jedoch nur bestimmte interne Unternehmensdaten analysiert oder veröffentlicht. Nachdem das Tool entwickelt wurde, wird es in der Praxis getestet, bewertet und es wird internes Feedback im Unternehmen gesammelt.
Pufferlösungen sind in pharmazeutischen Prozessen unerlässlich, um einen stabilen pH-Wert gewährleisten zu können und die Stabilität sowie Wirksamkeit von Arzneimitteln während ihrer Herstellung und Lagerung zu sichern. Systeme zur Herstellung Pufferlösungen mischen Stammlösungen eines bestimmten Salzes mit einer bestimmen Säure und einem großen Anteil an Reinstwasser, um die charakteristische Fähigkeit zu erlangen, Säure-Base-Stöße ausgleichen zu können. Die konventionelle Produktion und anschließende Lagerung erfolgt in relativ großen Tanks von bis zu 20 Kubikmetern, notwendigerweise wegen des hohen Massenverhältnisses (bis zu 10.000:1) zwischen Pufferlösung und Endprodukt. Diese Methode beansprucht deswegen einen erheblichen Flächenanteil und zugleich konnten wertvolle Ressourcen bei einer Inline-Produktion eingespart werden. Das Ziel dieser Arbeit ist, die benötigten Stammlösungen in einem kontinuierlichen Prozess in ausreichender Güte mischen zu können, um das Potenzial in Zeitreduktion und Ressourceneinsparung auszureizen. Die vorgegebenen Toleranzgrenzen erfordern eine genaue Regelung der Dosierungskomponenten, um die Anforderungen an den pH-Wert und den Salzgehalt zu erreichen. Eine geeignete Strategie und die passenden Parameter für die PID-Regler sind notwendig, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Ein Prototyp im kleineren Masstab dient Test- und Verifizierungszwecken. Um die gewünschten Ziele zu erreichen, wird die gesamte Anlage modelliert und in ihrem physikalischen Verhalten analysiert sowie regelungstechnisch formuliert. Jede relevante Komponente des Regelkreises wird untersucht und mathematisch beschrieben, um den realen Prozess so nahe wie möglich abbilden zu können. Die identifizierten Parameter für die Pilotanlage und die Validierung des Prozessmodells werden durch die Funktionalität der Internal Model Control (IMC)-Strategie für das Mehr-größen-System unter Beweis gestellt. Diese ist für Systeme mit großer Transportzeit ein entscheidender Faktor und ein Maß für die Qualität der Regelung und dessen Modellierung.