Automatisierungstechnik-Wirtschaft
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Institut
Modellbasierte Ansätze gewinnen innerhalb des Produktentwicklungsprozesses zunehmend an Bedeutung, um Ressourcen zu schonen und Produkte termingerecht auf den Markt zu bringen. Zentral sind in diesem Zusammenhang die Umsetzung von modernem Anforderungsmanagement und die Nutzung bereits entwickelter Module für neue Produkte. Dies kann mit Hilfe von Variationsmanagement und modellbasierten Systems-Engineering-Methoden erreicht werden. Anton Paar entwickelt komplexe Messsysteme für ein breites Anwendungsfeld, etwa die Messung von rheologischen Verhalten oder der Partikelgröße. Ziel der Arbeit ist es, zu untersuchen, inwiefern Variantenmanagement und modellbasierter Systementwurf in den Produktentwicklungsprozess von Messsystemen integriert werden können, um Time-to-Market-Ziele zu erreichen und Entwicklungsressourcen zu sparen. Im ersten Schritt wurden verschiedene Methoden evaluiert, um das beste Verfahren zur Erstellung des Modells eines hochkomplexen prozessintegrierten Partikelanalysesystems zu finden. Basierend auf dem Ergebnis dieser Analyse ergeben sich die verschiedenen Varianten, um identische Komponenten zu finden, die für mehrere Anwendungen wiederverwendet werden können. Dadurch können Ressourcen gespart werden und nachhaltige Entwicklung wird ermöglicht. Darüber hinaus konnten die verschiedenen Varianten des Systems in eine modellbasierte Systems-Engineering-Umgebung integriert werden, um die Vorteile im Vergleich zu veralteten Ansätzen aufzuzeigen. Das Ergebnis belegt, dass State-of-the-Art-Ansätze im Produktentstehungsprozess einen positiven Einfluss auf die Entwicklungsqualität haben. Darüber hinaus zeigt es, dass modellbasierte Methoden auch die Entwicklungszeit positiv beeinflussen können. Durch weitere Untersuchungen können diese Ergebnisse der Masterarbeit verifiziert werden.
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.
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) 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.
Um in der modernen Fertigung Prototypen schnell, kostengünstig und ohne Umwege in Musterteile umzusetzen, wird sehr oft auf die Fertigungsmethode „Rapid Prototyping“ zurückgegriffen. Eine Form dieses Verfahrens ist die Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication, FFF), bei der das Werkstück schichtweise durch den Auftrag eines thermoplastischen Kunststoffes aufgebaut wird. Eine einfache Möglichkeit, Bauteile nach dem FFF-Verfahren herzustellen, bietet der Dreiachs-3D-Druck, für welchen sich bei anspruchsvolleren Bauteilen jedoch wesentliche Einschränkungen, wie etwa aufwendige Stützstrukturen oder optische Fehler, ergeben.
Ziel dieser Masterarbeit ist es zu überprüfen, ob sich die Einschränkungen eines Dreiachssystems durch den Einsatz eines Industrieroboters mit sechs zur Verfügung stehenden Achsen verbessern oder ganz beseitigen lassen. Dieser soll die Methode des „bewegten Werkstückes“ nutzen, wodurch sich das Bauteil an der kinematischen Kette des Roboters befindet und dieser zu einer stillstehenden Druckeinrichtung verfährt. Um das Ziel zu erreichen, wird ein Industrierobotersystem innerhalb einer rechnerunterstützten Fertigung (Computer-Aided Manufacturing, CAM) aufgebaut, mit welchem für definierte Bauteile Fertigungsoperationen, Simulationen sowie Validierungen durchgeführt werden. Am Ende wird durch einen Postprozessor ein ausführbarer Maschinencode erstellt, mit welchem Druckversuche am realen Robotersystem durchgeführt werden.
Das Resultat der Arbeit zeigt, dass sich durch dieses Mehrachssystem viele Vorteile in Bezug auf den konventionellen 3D-Druck sowie neue Anwendungsfelder ergeben, wodurch eine Weiterentwicklung für die Zukunft in jedem Fall Sinn macht.
In Fertigungsbetrieben sind Produktionsmaschinen oft nicht optimal aufgestellt. Die Gründe dafür sind sich ständig ändernde Kundenanforderungen oder dass Maschinen gemäß ihrem Kaufdatum am nächstmöglichen Standort aufgestellt werden. Bei Optimierungsmaßnahmen im Laufe eines Fabriklebenszyklus werden oft Kompromisse eingegangen. Des Weiteren liegt der Fokus oft auf der Umsetzung eines Projektes. Diese Arbeit verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz für die gesamte Produktion.
Ziel dieser Arbeit ist die Optimierung einer Produktionsanlage von Metallbearbeitungsmaschinen. Diese Optimierung geschieht in Form einer neuen Ausarbeitung des Maschinenlayouts. Dabei sollen Wegstrecken des Fertigungspersonals verkürzt und eine offenere Anordnung der Bearbeitungsmaschinen erstellt werden, um frühzeitig Maschinenstillstände zu erkennen. Zur Erreichung der Ziele werden die Materialflussanalyse und Werkzeuge aus dem Lean Management angewandt. Für die Materialflussanalyse wird eine Simulationsstudie unter Verwendung verschiedener Ausprägungen des Layouts implementiert. Als Tool aus dem Lean-Management wird Gemba-Kaizen angewandt, wobei spezielle Visualisierungsmethoden mittels 3D-Modellen, Virtual Reality und Augmented Reality vorgestellt werden.
Das Ergebnis dieser Arbeit zeigt eine Durchsatzsteigerung durch Vermeidung von Verschwendung auf. Das Potenzial dieser Verbesserungsmaßnahme wird mithilfe einer Simulationsstudie in Zahlen ausgewertet und dargestellt. Eine wesentliche Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass die Umsetzung von Optimierungsmaßnahmen eine Kombination fachbereichsbereichsübergreifender Fähigkeiten und Kenntnisse erfordert. Diese Arbeit soll als Wegweiser für zukünftige Optimierungsmaßnahmen dienen.
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.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Kalibrieren von Schwingungssensoren. Dabei werden unterschiedliche Arten von Schwingungssensoren betrachtet. Es werden auch die verschiedenen Möglichkeiten diskutiert, wie Schwingungssensoren kalibriert werden können. Im weiteren Verlauf wird jedoch nur die Vergleichsvariante behandelt. Für diese Variante wurde die Software in dieser Arbeit entwickelt. Dabei wird das Messgerät mit einem Frequenzgenerator angesprochen sowie parametriert und die Messdaten werden erfasst sowie verarbeitet.
Die Eingangskanäle können, wenn vorhanden, mithilfe der im Sensor abgespeicherten Daten parametriert werden. Diese Einstellungen können über die grafische Bedienoberfläche eingesehen werden. Sollte der Prüfling über keinen Speicher verfügen oder dieser defekt sein, können die Daten auch manuell eingegeben werden.
Zu einer Kalibrierung gehört auch ein dementsprechendes Protokoll, das dem Sensor die Einhaltung seiner angegebenen Grenzwerte bescheinigt, sofern dies das Ergebnis der Kalibrierung ist. Da diese Erstellung mit Aufwand verbunden ist und dabei auch Fehler unterlaufen können, wurde dies in dieser Arbeit vollständig automatisiert.
Breweries employ numerous heat-giving processes, especially during brewing and fermentation, so most breweries have industrial ammonia refrigeration plants, which work like classic refrigeration units. There, the gaseous ammonia gets compressed, condensed, and distributed to the applications where heat has to be taken out off. Here an expansion valve reduces pressure so the liquid ammonia can absorb the heat from the process fluid to be cooled, evaporating the liquid ammonia. At this point, the ammonia, carrying latent and sensible heat, is sucked back to the compressors, and the cycle begins again.
This thesis analyses the ammonia refrigeration plant of the brewery Göss, one of the largest breweries in Austria, which requires about 20% of electrical energy and consumes nearly one quarter of the brewery’s water usage. Currently, rising energy costs necessitate making the refrigeration plant more efficient. Hence, research should investigate the future cooling capacity load of the plant to discover how to make the cooling process operate more efficient. To discover how the system operates, this thesis elaborates on the basic theoretical foundation of refrigeration plants and their thermodynamic fundamental principle.
To create the mentioned forecast, this study examines process recordings and evaluations of the main consumers cooling demand. These selected apparatuses are the external beer cooler, the brew water cooler for cooling the hot wort, which is the beer mixture before the fermentation and the fermentation process itself in two different types of tanks. Using these data, the researcher creates abstracted load forecasts for these consumers to control the delivering pumps of liquid ammonia to the right amount of mass flow.
Subsequently, the process recordings of the fermentation tanks are divided into four different process phases. These stages need various quantities of cooling fluid, and the last stage, the main cooling and draining phase, requires the largest amount of liquid ammonia delivered. Finally, the external beer cooler and brew water cooler are investigated as recurring and evenly ongoing processes so that they are predictable in the cooling load.
In closing, the researched recordings provide an overview and abstracted view of the cooling load required by the selected consumers. Additionally, further investigation could investigate the possibility of controlling distributing pumps to deliver the sufficient amount of refrigerant medium, at the right time, in a more efficient way.
Immer volatilere Märkte, stetig neue Kunden*innenanforderungen und erbitterte Preisschlachten mit Markteilnehmern*innen und das alles in Kombination mit verkürzten Produktlebenszyklen. Wie soll sich das langfristig gerade für mittelständische Unternehmen ausgehen? Die digitale Transformation ist dahingehend ein omnipräsentes Thema in der Industrie, wird sie doch als Löser vieler dieser Probleme gesehen.
Doch es stellt gerade das erforderliche Know-How für die Durchführung von digitalen Transformationsprozessen insbesondere traditionelle Unternehmen vor wesentliche Herausforderungen. Aus diesem Grund verfolgt die vorliegende Masterarbeit das Ziel, genau solchen Unternehmen eine Unterstützung in Form eines Umsetzungsleitfadens, für die digitale Transformation von Messprozessen zu bieten. Es wird dabei anhand eines realen Unternehmens der produzierenden Industrie methodisch der Frage nachgegangen, wie gegenwärtig überwiegend analoge Messprozesse, mit hohem Grad an menschlicher Interaktion, systematisch digital transformiert werden können.
Hierzu wird zunächst eine fundierte Literaturrecherche betrieben, um dabei den Hintergrund und die Fachtermini digitaler Transformation sowie Digitalisierung zu klären. Im eigenen Kapitel der digitalen Transformation wird nochmals aus Managementsicht ein Blick auf dieses Thema geworfen, bevor im Kapitel zu modellbasierter digitaler Transformation konkret auf Vorgehensmodelle, Referenzmodelle und Reifegradmodelle eingegangen wird. Auf Basis der Erkenntnisse aus den vorangegangenen Kapiteln wird im Kapitel fünf ein eigenes Reifegradassessment-Tool entwickelt, mit dem der digitale Reifegrad bestehender Prozesse erfasst werden kann. Im Anschluss daran erfolgt die praktische Anwendung dieses Tools durch eine konkrete Betrachtung mehrerer Messprozesse des Beispielunternehmens sowie einer konsekutiven Identifikation konkreter digitaler Transformationspotentiale. Das vorletzte Kapitel zeigt die praktische Umsetzung von Digitalisierungsmaßnahmen an den Messprozessen des Unternehmens, bevor im abschließenden Kapitel die vorliegende Masterarbeit nochmals kritisch resümiert wird.
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.
Konzept zur Echtzeit-Kopplung automobiler Steuergeräte an ein Prüfstands-Automatisierungssystem
(2017)
Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines Konzepts zur Verbesserung der Bedienung bzw. Flexibilität einer vorhandenen Prüfstandsanlage für Antriebsstrangkomponenten durch den Einsatz einer Schnittstelle zur automatisierten Bedatung von Steuergeräten sowie des neuentwickelten CAN FD-Bussystems. Im Zuge dessen wird unter anderem den Fragen nachgegangen inwiefern die automatisierte Bedatung eines Steuergeräts umgesetzt werden kann bzw. welche Erneuerungen und Möglichkeiten die Entwicklung des CAN FD-Protokolls in Bezug auf die moderne Prüfstandstechnik mit sich gebracht hat. Im ersten Teil der Arbeit werden die Grundlagen der digitalen Bustechnik, die wesentlichen Bussysteme in der Fahrzeugtechnik, die vollständige ASAM-Standardreihe sowie die unterschiedlichen Automatisierungsschnittstellen erläutert. Anhand der erarbeiten Informationen zu diesen Schnittstellen wird im Anschluss die Einsatztauglichkeit beurteilt und damit der Ausgangspunkt für die weiteren Abschnitte der Arbeit geschaffen. Im zweiten Teil werden die gesetzten Ziele der Arbeit, gemäß den erarbeiteten Themen, behandelt. Dazu wird die zuvor gewählte Schnittstelle in Betrieb genommen, darauffolgend eine LabVIEW-Clientanwendung erstellt und mittels dieser Anwendung verschiedene Funktionstests, die der Beurteilung des Interfaces zugrunde liegen, durchgeführt. Darüber hinaus werden die Eigenschaften der Bussysteme CAN FD, CAN und FlexRay verglichen und dementsprechend die Unterschiede wie auch die Einsatzmöglichkeiten dieser Protokolle abgeleitet. Daneben werden die benötigten Hardwarekomponenten für einen möglichen Einsatz von CAN FD im Prüfstandsbetrieb betrachtet und untersucht. Schlussendlich konnte aufgrund der erarbeiteten Themen bzw. durchgeführten Funktionstests festgestellt werden, dass die automatisierte Bedatung automobiler Steuergeräte via LabVIEW anhand der von Vector spezifizierten COM-Schnittstelle möglich ist und, dass sich die Flexibilität der Prüfstandsanlage durch den Einsatz von CAN FD anstatt des herkömmlichen CAN-Protokolls wesentlich erhöht. Somit wurde das Ziel der Arbeit, ein Konzept, welches die Grundlage für die zukünftige Optimierung der Anlage bildet und den gesetzten Anforderungen entspricht, erreicht.
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.
In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Digitalisierung nahezu jeden Bereich des täglichen Lebens erreicht und den gesamten Ansatz der Technologieintegration verändert. Prozesse in der Pharmaindustrie profitieren von den Vorteilen von eHealth (engl. electronic health), indem sie durch die Nutzung digitaler Synergien effizienter und kostengünstiger eingesetzt werden können. Trotz fortschreitender Digitalisierung gibt es weiterhin papierbasierte Verfahren, die durch die Migration in einen elektronischen Prozess produktiver werden können. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es aufzuzeigen, wie ein auf Papierformularen basierender Prozess unter Einhaltung aller gesundheitsbezogenen Anforderungen und Vorschriften durch die Digitalisierung verbessert werden kann. BioLife Plasmazentrum ist ein Pharmaunternehmen, das Plasmapherese zur Gewinnung von menschlichem Blutplasma für die High-Tech-Arzneimittelherstellung anbietet. Zunächst wurden alle geltenden regulatorischen Anforderungen des Unternehmens und der Arzneimittelbranche bezüglich Formularen evaluiert. Neben den wesentlichen Anforderungen wurden die technischen Spezifikationen, sowie mögliche Vorteile einer Softwarelösung anstelle der Papierform analysiert. Im praktischen Teil dieser Arbeit wurde ein Prototyp der grafischen Benutzeroberfläche für ein Touchscreen-Gerät programmiert. In der Entwicklungsphase wurde durch den Einfluss von Funktion, Design und intuitiver Handhabung die Priorisierung auf die User Experience sichergestellt. Aufgrund der überzeugenden Ergebnisse mit dem digitalisierten Formular wird der Einsatz von Touchscreen-Geräten mit einem Graphical User Interface empfohlen. Das in der Abschlussarbeit gesammelte Know-how kann für weitere Digitalisierungsprojekte genutzt werden.
Die Komplexität von automatisierten Systemen, die durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) gesteuert werden, wie es Prüfstände in der Automobilindustrie sein können, nimmt weiter zu. Die herkömmliche Planung, Programmierung und Bewertung dieser Systeme ist auf lange Sicht nicht kosteneffizient. Daher ist es für den Erfolg eines Unternehmens wichtig, die Effizienz des Entwicklungs- und Fertigungsprozesses zu steigern. Ziel dieser Masterarbeit ist es daher, eine Anwendung zu entwickeln, die den Prozess solcher Systeme stärker automatisiert. Dies bedeutet, dass eine SPS-Software oder ein Validierungsplan für ein System nahezu automatisiert erstellt wird. Um dieses Ziel zu erreichen, ist die programmierte Anwendung in der Lage, Daten aus einer externen Quelle zu importieren und konvertieren. Die importierte Datei wird aus einem aktuellen Schaltplanprojekt eines solchen automatisierten Systems erstellt. Die Anwendung wandelt diese Daten in nützliche Informationen um, die in der entwickelten Anwendung verarbeitet werden, um den Entwicklungsprozess zu automatisieren. Zusammengefasst erlaubt das entwickelte Programm die Erstellung einer Hardwarekonfiguration, das Anlegen lokaler und globaler Variablen, die Erstellung von definierten Quellcodezeilen in der Entwicklungsumgebung TwinCAT3 sowie die Erstellung eines Bewertungsplanes. Je nach Komplexität des Systems ist das manuelle Eingreifen von Entwickler*innen in die Projekterstellung möglich bzw. notwendig. Allerdings macht diese Anwendung den Entwicklungsprozess von Anlagen, welche von einer SPS gesteuert werden, effizienter und führt zu einer Senkung der Fehleranfälligkeit.
Das Thema Digitaler Zwilling ist heutzutage aus keinem Industriezweig mehr wegzudenken. Die steigenden Rechner- und Netzwerkkapazitäten ermöglichen immer umfangreichere und realitätsnähere Simulationen von Prozessen und Anlagen. Ebenso steigt die Komplexität verfahrenstechnischer Anlagen und deren Steuerungen. Um mit dieser Entwicklung Schritt zu halten ist es notwendig, die Schulung der Anlagenbedienenden an diese Gegebenheiten anzupassen. Die Kanzler Verfahrenstechnik GmbH entwickelt und errichtet prozesstechnische Anlagen auf der ganzen Welt und ist dabei auch für die Ausbildung der Anlagenbediener*innen verantwortlich. Der bisherige Prozess sieht vor, auf Basis eines Frontalvortrags und Erklärens einzelner Anlagenfunktionen, den Bedienenden ein möglichst genaues Bild der Anlage und der damit verbundenen Gefährdungen, stofflicher oder physikalischer Natur, zu vermitteln. Die Sprachbarriere sowie die nur eingeschränkt vorhandenen Möglichkeiten, diese Gefährdungen im realen Betrieb zu zeigen, veranlassen das Unternehmen dazu, einen alternativen Schulungsprozess zu suchen. Die Integration eines digitalen Zwillings als Schulungsobjekt ist daher eine naheliegende Lösung, die im Lauf dieser Arbeit auf ihre Anwendbarkeit im Unternehmensumfeld überprüft wird. Die Imitation einzelner Komponenten als virtuelles Funktionsmodell einer Anlage soll den Anlagenbediener*innen ein besseres Situationsbewusstsein verschaffen, um die unzähligen Funktionen und Zustände jederzeit verstehen und nachvollziehen zu können und im Falle des Falles eine Gefahrensituation bereits in der Entstehung zu unterbinden. Um einen digitalen Zwilling erfolgreich in die Unternehmenstätigkeit zu integrieren, werden am Ende dieser Arbeit einige Rahmenbedingungen definiert, die es zu beachten gilt. Ebenso sind weitere Anwendungsgebiete die einen Mehrwert für das Unternehmen bieten in den abschließenden Betrachtungen nachzulesen.
Entwicklung von Endeffektoren mit integrierter Sensorik und Aktorik mittels additiver Fertigung
(2022)
Die Masterarbeit behandelt das Thema rund um Robotergreifer, die direkt mit additiver Fertigung hergestellt werden. Zu Beginn dieser Arbeit wird der Stand der Technik erarbeitet: Es wird geklärt welche Sensoren und Aktoren in konventionellen Greifersystemen eingesetzt werden. Im Anschluss an die theoretische Aufarbeitung herkömmlicher Endeffektoren werden 3D- Druck- Verfahren im Kunststoffbereich vorgestellt. Dieses Kapitel soll einen Überblick über die gängigsten Verfahren in diesem Bereich geben und dem Leser auf die nachfolgenden Kapitel vorbereiten. In diesem Kapitel wird neben den einzelnen Druckverfahren, auch auf die Multimaterialfähigkeiten der einzelnen Drucktechnologien eingegangen. Das Kapitel wird mit einer kleinen Übersicht über die Verfahren abgeschlossen und danach wird in das nächste Kapitel übergeleitet. Dieses hat zum Ziel die Anwendung des 3D-Drucks theoretisch zu beschreiben. Vordergründig wird hier die Verwendung von FFF-Druckern und SLA- Druckern beschrieben. Abschließend werden im Überkapitel „Stand der Technik“ geeignete Sensorik und Aktorik für additiv gefertigte Endeffektoren recherchiert und dargestellt. Diese Recherche stellt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, sondern soll auf den nachfolgenden praktischen Teil vorbereiten. Den Abschluss der theoretischen Kapitel bildet die Entwicklungsmethodik, welche idealerweise für den 3D- Druck verwendet werden sollte. Der darauffolgende praktische Teil beginnt mit Teillösungen, die zunächst in diesen Abschnitten entworfen werden. Alle Teillösungen werden dann real umgesetzt und die erhaltenen Daten sind in den Abschnitten entsprechend dargestellt. Hierbei gibt es sowohl Sensor- Lösungsansätze als auch Aktor- Lösungsansätze. Anhand dieser Teillösungen werden dann zwei Demo- Anwendungen konzipiert und umgesetzt. Die Umsetzungen sind in den vorgesehenen Abschnitten dargestellt. Abschließend werden die umgesetzten Teillösungen nochmal übersichtlich in einem Systembaukasten dargestellt, welcher in etwaigen nachfolgenden Arbeiten erweitert werden kann.
Setting up a measurement system capable of automatically measuring low resistance plated via holes of unpopulated circuit boards during a reliability test is the goal of this thesis. It should be possible to carry out up to 30 resistance measurements at the same time, while the circuit boards are stored in a climatic chamber to carry out a thermal cycling test. In addition, the measuring system must provide a measuring current of 1A trough the plated via holes. The focus was to find a suitable low resistance measurement method and an appropriate circuit scheme for switching between several circuit boards. In addition, attention was paid to scalability to increase the number of measurements if necessary. Furthermore, a user interface should simplify and track the control of the measurement. During the investigation, the constant-current method combined with the four-wire measurement method is best suitable for the use case, as shown in Section 2.1 and Section 3.2. The constant-current method was implemented with an external current source and a voltmeter, as described in Subsection 2.1.1. The voltage drop across the plated via holes, which occurs because of the provided current flow of the constant current source, is measured with the voltmeter. The current in series to all DUTs circuit switching applications was chosen to implement the measurement system, as explained in Paragraph 6.1.1.1. Due to the measurement methods and circuit applications investigated in the thesis as well as the practical presentation of the measurement system, it is possible to carry out automated low resistance measurements on plated via holes of circuit boards.
Die Wiederverwendung der Rohstoffe von ausgedienten Produkten und dessen Aufbereitung wird von Jahr zu Jahr bedeutender. Das zeigt die hohe Nachfrage an Maschinen, die diese Prozesse erledigen. Um die Durchlaufzeiten in der Produktion solcher Maschinen zu beschleunigen, müssen flexible Lösungen im Prüfstandaufbau entwickelt werden. Die Finite-Elemente-Methode soll als Werkzeug dienen, um die Auslegung in der Konstruktionsphase dieser Lösungen zu unterstützen. Das Ziel dieser Masterarbeit ist das Konzipieren eines Stützwerkes, um den Prüfstandsaufbau für Siebmaschinen effizienter zu gestalten. Der erste Teil beschäftigt sich mit den unterschiedlichen Möglichkeiten die auftretenden Schwingweiten an den herkömmlichen Maschinenstützen zu eruieren. Nach mehreren Messungen und Berechnungen konnten wichtige Daten gesammelt werden, um daraus ein virtuelles Simulationsmodell erstellen zu können. Anhand des Modelles konnten die tatsächlichen Belastungen auf die einzelnen Komponenten dargestellt werden. Der nächste Schritt war die Recherche einiger Technologien, um die weiteren Anforderungen der Stütze erfüllen zu können, wie Flexibilität, Dämpfungseigenschaften, Sichereinheitseinrichtungen, usw. Die Simulationsstudien zeigen, dass die konstruktive Phase von wichtigen Komponenten, mithilfe der FE-Methode vereinfacht und beschleunigt wird. Daher war es möglich ein Konzept einer Stütze zu entwickeln, welches einen flexiblen Einsatz bei Siebmaschinen während des Probelaufs gewährleistet. Trotz hohen Aufwandes der Stützen zeigt die Wirtschaftlichkeitsrechnung das große Potential des Konzeptes. Zusätzlich kann eine derartige Stütze in vielen weiteren Entwicklungsbereichen eingesetzt werden.
Industrielle Steuerungssysteme und somit die Operational Technology (OT) werden immer verletzlichere Angriffsziele. Da Industrieanlagen, ebenso Tunnelanlagen, größtenteils mit der Office-IT vernetzt sind und häufig auch eine Verbindung zum Internet aufweisen, besteht ein Fernzugriff, der ausgenutzt werden kann. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass ein Eindringen über die physischen Schnittstellen stattfindet. Daher müssen für einen gesamtheitlichen Schutz entsprechende OT-Security-Prozesse angewendet werden. Das Ziel dieser Arbeit ist die Verbesserung der zurzeit von der Dürr Austria GmbH verwendeten OT-Security-Prozesse in Tunnelsteuerungssystemen. Dazu werden die Informationssicherheit, mögliche Attacken und Angreifer*innen, sowie anwendbare Normen und Standards evaluiert. Der Fokus liegt dabei auf der IEC 62443, der Norm für die IT-Sicherheit für Netze und Systeme. Die zurzeit angewendeten OT-Security-Prozesse werden definiert und darauf aufbauend Optimierungen aus den anwendbaren Teilen der IEC 62443 analysiert. Weitere Security-Maßnahmen werden mithilfe von ergänzenden Standards erforscht. Als Resultat werden die gefundenen Verbesserungsmaßnahmen zusammengeführt, um eine Integration in die Prozesse zu ermöglichen. Auf dieser gesamtheitlichen Basis wird das Defense-in-Depth-Modell definiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden in den bestehenden Informationssicherheitsprozess des Unternehmens betreffend der Tunnelsteuerungssysteme integriert.
Erstellung einer bedarfsorientierten Datenbanklösung zur Asset-Verwaltung im Life Cycle Management
(2021)
Jeder Betreiber einer kritischen Infrastruktur muss gemäß der europäischen Richtlinie zur Netz- und Informationssicherheit (NIS) sicherstellen, dass alle Anlagen stets auf dem neuesten Stand der Technik sind. Die Dürr Austria GmbH erfüllt und befolgt die NIS-Richtlinie für ihren Auftraggeber, der für die kritische Infrastruktur von Tunneln in Österreich verantwortlich ist. Die Verwaltung aller in einem Tunnel verbauten Assets ist umfangreich und eine lückenlose Dokumentation sämtlicher sicherheitsrelevanten Maßnahmen ist essenziell. Ziel dieser Masterarbeit war es, eine geeignete und individuelle Datenbanklösung zur Verwaltung dieser Assets zu entwickeln. Basierend auf umfangreichen Recherchen zu Asset-Management, Datenmanagement und möglichen Datenbanklösungen, wurde die optimale Lösung für das Unternehmen ermittelt und ein User Interface Mock-up des Prototyps, unter Berücksichtigung der Vorgaben für die Visualisierung, erstellt. Dieser Prototyp veranschaulicht die grafische Benutzeroberfläche der zukünftigen Datenbank und demonstriert ihre Funktionalitäten. Die Ergebnisse zeigen, dass der Ansatz praktisch anwendbar und umsetzbar ist und die Implementierung der Datenbank im Unternehmen möglich ist. Basierend auf allen Ergebnissen dieser Masterarbeit wird die Datenbank in naher Zukunft programmiert und im Unternehmen eingeführt.
Ein stetig steigender Flexibilitätsgrad von Automatisierungsanlagen bringt häufig Problemstellungen bei der Realisierung dieser Anlagen mit sich. Grund hierfür sind häufig komplexe Wirkmechanismen oder eine nicht anwenderfreundliche Nutzung aller inkludierten Komponenten. Die Verwendung des Digitalen Zwillings und dessen Vorteile, wie die virtuelle Inbetriebnahme, sind daher für flexible Automatisierungssysteme nur mit erhöhtem Aufwand zu entwickeln bzw. einzubinden. Das Ziel der Masterarbeit ist es das komplexe Ineinanderwirken von Komponenten anhand eines praktischen Anwendungsfalles aufzuzeigen und mittels Konzeptmodell und anschließender Ausarbeitung Lösungsansätze zu generieren, um den vorteilhaften Nutzen eines zu erstellenden Digitalen Zwillings zu ermöglichen. Um das Ziel zu erreichen, erfolgte eine konzeptionelle Ausarbeitung einer Systemarchitektur aller inkludierten Komponenten, die Entwicklung eines Prozessmodells und die praktische Umsetzung des Gesamtsystems bestehend aus einem Roboter, Steuerungskomponenten und dem dazugehörigen Digitalen Zwilling. Das Resultat der praktischen Ausarbeitung zeigt, dass der Digitale Zwilling von flexiblen Prozessen Vorteile wie die virtuelle Inbetriebnahme, die Reduktion von Stillstandszeiten, und ein erhöhtes Maß an Benutzerfreundlichkeit mit sich bringt.
Implementierung eines Mess- und Protokollsystems einer AC Wandladestation für Elektrofahrzeuge
(2021)
Elektrofahrzeuge (EVs) sind auf gutem Weg, der zukünftige Standard im Transportwesen zu werden. Das Energy Analytics and Solution Lab (EAS-Lab) an der FH Campus 02 bietet Möglichkeiten zum Laden von Elektrofahrzeugen über Wandladestationen. Das EAS-Lab ist als ein Netzwerk von Geräten zu sehen, welche Energie erzeugen, analysieren und verbrauchen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Wandladestationen an das EAS-Lab-Netzwerk anzubinden und ein Mess- und Protokollierungs-System in Hard- und Software zu implementieren. Des Weiteren werden die gesammelten Daten zur Energieanalyse im Ladeprozess genutzt. Es werden die Möglichkeiten der Impedanzanalyse und der Zustandsbewertung (State of Health/SoH) von Fahrzeugbatterien erforscht. Für die Messungen wird ein Siemens PAC2200 Smart Meter gewählt, der über Modbus TCP mit dem EASLab verbunden wird. Zusätzlich wird eine Windows Presentation Foundation (WPF) Benutzeroberfläche entwickelt, um den Modbus-Datenverkehr zu verarbeiten und die Ladedaten zu visualisieren. Das Programm wird mit einer SQL-Datenbank verbunden, welche spezifische Informationen über die Benutzenden und deren Ladedaten auf zyklischer Basis speichert. Zwei Messzyklen werden mit einem Elektrofahrzeug durchgeführt, um das Programm zu validieren. Die Verbindungen zu den Wallboxen und dem Smart Meter werden erfolgreich hergestellt, und das Programm wird implementiert. Auf Grundlage der gewonnenen Daten wird für beide Messzyklen eine Impedanzanalyse durchgeführt. Die gespeicherten batteriespezifischen Daten, welche über Modbus gesammelt werden, reichen nicht aus, um eine Abschätzung des SoH der Fahrzeugbatterie vorzunehmen. Das System bietet jedoch die Möglichkeit, das Ladeleistungsverhalten in Langzeitmessungen zu untersuchen. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit gezeigt, wie ein Energiemess- und Protokollierungs-System in einer Laborumgebung implementiert wird. Damit stehen für zukünftige Studierende an der FH Campus 02 zusätzliche Messmöglichkeiten im EAS-Labor zur Verfügung. Diese Arbeit kann als Grundlage für weitere Forschungen sowie als Referenz für zusätzliche SoH Abschätzungen betrachtet werden.
Wegen der Reduzierung von fossiler Energieerzeugung und der zunehmenden Dezentralisierung durch erneuerbare Energiequellen, kommt es zu einschneidenden Umstrukturierungen des Stromnetzes. Um zukünftigen Umständen zu entsprechen, kommt dem Smart Meter eine zentrale Rolle zu und wird dementsprechend analysiert. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, den Smart Meter als Schnittstelle zwischen dem intelligenten Stromnetz und dem Endverbraucher zu nutzen und einen geeigneten Weg zu finden, um Smart Metering einzubinden. Diesbezüglich erfolgt eine Gegenüberstellung, basierend auf dem bewährten mechanischen Zähler mit elektronischen Zählern. Jenes beruht auf Messungen durch eine Integrierung von ohmschen und induktiven Verbrauchselementen. Bei Kundenanlagen mit erhöhtem Lastverbrauch kann der standardmäßige Smart Meter nicht eingesetzt werden und es braucht alternative Implementierungsmöglichkeiten. Bezogen auf Smart Metering werden die umgebende Infrastruktur mit Kommunikationstechniken, die Datenverwertung und Visualisierungsmethodiken erläutert. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass bei elektronischen Zählern die Anforderungen an die Messgenauigkeit gegeben sind. Zudem ist im Haushaltsbereich eine Messbereichserweiterung zu vermeiden und stattdessen Verfahren, basierend auf der Direktmessmethode, zu bevorzugen. Beim Smart Metering muss der Zählerzugriff derart erfolgen, dass eine umfassende Datenabfrage in Echtzeit erfolgt. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird die Einsatzfähigkeit vom Smart Meter bewertet. Darüber hinaus wird beschrieben, wie Smart Metering in einem intelligenten Stromnetz eingebettet werden kann.
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.
Tools für die Interaktion zwischen CAD- und Officeprogrammen als Ersatz für ERP-Systemfunktionen
(2021)
Enterprise-Resource-Planning-Systeme (ERP-Systeme) sind in der heutigen Zeit kaum aus produzierenden Unternehmen wegzudenken. Sie werden z. B. für die Erfassung von Kundendaten, für das Bestellwesen oder auch für die Lagerverwaltung verwendet. Allerdings sind ERP-Systeme auch meist mit hohen Anschaffungskosten und einem aufwändigen Wartungsaufwand verbunden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, aufzuzeigen, in welcher Form Funktionen eines ERP-Systems durch Anwendungen und Verknüpfungen von Office- und CAD-Programmen ersetzt werden können. Um diese Frage zu beantworten, wird ein Konzept zur Abbildung der Systemfunktionen auf Basis des bestehenden Projektmanagementprozesses der Agrotel GmbH erstellt. Aufgrund der Ergebnisse der theoretischen Untersuchung werden die Funktionen eines ERP-Systems und deren Einsatzbereiche dargestellt. Basierend auf den Erkenntnissen aus dem theoretischen Teil werden verschiedene Anwendungen für die Bereiche Vertrieb, Einkauf, Technik, Produktionsplanung und Dokumentenmanagement unter Verwendung der Programmiersprache VBA in Excel und dem CAD-System Autodesk Inventor entwickelt. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die im Rahmen dieser Masterarbeit entwickelten Anwendungen abbildbar sind und auch in der Praxis in kleinen Unternehmen eingesetzt werden können.
Durch die zunehmende Digitalisierung können Produktionssysteme flexibler aufgebaut werden, um Kundenanforderungen besser nachzukommen. Grundlage dafür ist eine dezentrale Auslegung der Systeme. Für eine zentral ausgelegte Zellstoffproduktionsanlage wird ein neues dezentrales Konzept erstellt und getestet. Die Automatisierung der Anlage wird dezentral aufgebaut. Ein solches Automatisierungs-Konzept für Produktionsanalgen bietet viele Vorteile für Unternehmen. Indem jede Maschine als standalone Equipment umgesetzt wird, können entlang der gesamten Wertschöpfungskette Standards eingeführt werden. Vom Verkauf bis zur Inbetriebnahme können dadurch Prozesse vordefiniert werden. Dadurch verkürzt sich die Zeit, die für das Engineering der Maschine benötigt wird. Zusätzlich können aufgrund des modularen Aufbaus die Maschinen bereits vor der Auslieferung so gefertigt werden, dass sie vollständig funktionsfähig sind. Bei zentralen Auslegungen ist dies nicht der Fall. Eine dezentrale Auslegung ermöglicht es daher vorab Tests durchzuführen und Fehler zu beheben. Auf diese Weise werden kostenintensive Montagen und Inbetriebnahmen verkürzt. Die Software bleibt jedoch zentral, da die Vorteile einer zentralen Steuerung im Fall der Zellstoffproduktionsanlage in den meisten Bereichen überwiegen. Aufgrund des dezentralen Konzepts kann die Anlage kostengünstiger angeboten werden und ist flexibler bedienbar. Das Konzept setzt den Grundstein für eine weitere Dezentralisierung, sobald es dementsprechende technische Möglichkeiten gibt.
Der Begriff 3D-Druck hat in den letzten Dekaden Eingang in das Wortrepertoire der Gesellschaft gefunden. Eine Vielzahl verschiedener additiver Fertigungsmethoden sind in dieser Zeit entstanden. Um den auf Spulen gewickelten, speziell für das Fused Filament Fabrication Verfahren (FFF) in Form gebrachten Kunststoff vor der Verarbeitung zu trocknen, werden z.B. bereits aus dem Spritzguss bekannte technische Lösungen herangezogen und entsprechend angepasst. Die Problematik von zu feucht verarbeitetem Kunststoff ist schon aus anderen Fertigungsmethoden wie dem Spritzguss und der industriellen Extrusion bekannt, weshalb auch die Vortrocknung der Materialien hier bereits untersucht wurde. Die Vortrocknung von auf Spulen aufgewickeltem Filament für den 3D-Druck hingegen wurde erst wenig untersucht. Das ist der Ausgangspunkt für das Forschungsziel dieser Arbeit: Es gilt eine Vortrocknungslösung für hygroskopische, technische Kunststoffe in Filamentform wie Polyamid zu entwickeln, deren Preis- / Leistungsverhältnis mit marktüblichen Verfahren konkurrieren kann. Um die Anlage auslegen zu können, wird in dieser Arbeit das Trocknungs- und Absorptionsverhalten der Filamentspulen untersucht. Zusätzlich wird auf die Frage der minimal nötigen Trocknungszeit in der entworfenen Anlage eingegangen. Die Auswertungen der Versuchsreihe zeigen eine beträchtliche Zunahme der Trocknungszeit von der äußersten zur innersten Spulenschicht, und dass für eine ausreichende Trocknung je nach Ausgangsfeuchte mehrere zig Stunden erforderlich sind. Aufgrund der Menge an Wasser, die im Zuge der Trocknung nach außen transportiert wird, ist bei größeren Mengen von zu trocknendem Kunststoff ein Austausch der Luft in der Trockenkammer ratsam. Aus diesem Grund wurde als Trocknertyp ein Umlufttrockner mit Zu- und Abluftklappensteuerung entwickelt. Weiterführende Forschungen könnten sich mit der Thematik der maximal zulässigen Feuchte unterschiedlicher Kunststoffe vor der Verarbeitung wie auch mit den Auswirkungen der Zufuhr von in vielen Betrieben vorhandener Trockenluft beschäftigen.
Spezifikation der Anforderungen an die funktionale Sicherheit von Dampf- und Kondensatsystemen
(2021)
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung von notwendigen Anforderungen an die funktionale Sicherheit von Dampf- und Kondensatsystemen. Neben einer umfassenden Literaturrecherche über erforderliche Richtlinien, harmonisierte Normen und technische Regelwerke wurde eine detaillierte Analyse eines Dampf- und Kondensatsystems durchgeführt. Es werden die Parameter Druck und Temperatur für jede Komponente des Systems betrachtet, wobei diese Parameter zum Teil auch mathematisch ermittelt werden. Anhand dieser Daten können Vorgaben bezüglich Anforderungen an eine inhärent sichere Konstruktion und an notwendige technische Sicherheitsmaßnahmen erstellt werden. Im Anschluss erfolgte die Durchführung einer HAZOP-Studie (HAZard and OPerability study), um sicherzustellen, dass das Prozessrisiko ausreichend vermindert wird. Optimal für eine gute Prozesssicherheit ist es, bereits in der Projektanfangsphase Überlegungen zu den auftretenden Drücken und Temperaturen an den Komponenten anzustellen, um diese korrekt auslegen und anfragen zu können.
In der industriellen Kommunikation werden unterschiedliche Netzwerke verwendet. Diese Netzwerke bestehen aus Hard- und Software, um in Abhängigkeit von den situativen Anforderungen robuste, zuverlässige und manchmal auch Echtzeitvorgänge zu gewährleisten. Es besteht ein wachsender Bedarf an industriellen Automatisierungssystemen mit einem herstellerunabhängigen Industrieprotokoll. Für ein Automatisierungsnetzwerk gibt es relevante Faktoren und Schlüsselthemen, wie ein offenes System, geringere Verdrahtungskosten, erhöhte Informationsverfügbarkeit der Feldgeräte und niedrigere Engineeringkosten zu gewährleisten. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, die Entwicklungszeit zu reduzieren und Konfigurationsfehler in der Netzwerkkonfiguration zu vermeiden, was zu einer wesentlichen Senkung der Entwicklungskosten führt. Es wurde eine Bewertung verschiedener Feldbussysteme für ein Prozessautomatisierungssystem durchgeführt. Die Schlüsselfaktoren für die Netzwerkauswahl waren die Sicherheitsbedingungen und die Konfigurationsoptionen. Diese Analyse wurde verwendet, um ein Netzwerk auszuwählen, welches die Erwartungen eines zuverlässigen Datentransportsystems erfüllt. Für das entsprechende Netzwerk wurde eine Software zur automatischen Konfiguration entwickelt. Die Ausgabe der entwickelten Software wurde in ein Testsystem implementiert, um den korrekten Betrieb zu überprüfen. Die Ergebnisse dieses Tests bestätigten die Funktionalität der Software. Die Verkürzung der Engineering-Zeit wurde erwiesen und Konfigurationsfehler sind nahezu unmöglich. Dieses Ergebnis ist die Basis für die zukünftige Implementierung in der Automatisierungstechnik. Es kann behauptet werden, dass eine zuverlässige herstellerunabhängige Netzwerkkommunikation denkbar ist und eine automatisierte Konfiguration für Netzwerkknoten das Engineering des Netzwerks unterstützen kann.
Die KNAPP AG mit Sitz in Hart bei Graz, ist ein führender Lösungsanbieter für Lagerautomation im Bereich der Intralogistik. Die Expertise von KNAPP liegt in automatischen Warenlager- und Warenbereitstellungssystemen, ergonomischen Kommissionierstationen, effizientem Warentransport innerhalb eines Lagers, sowie der Implementierung automatisierter und teilautomatisierter Prozesse mit hoher Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit. Der Markt verlangt nach Lösungen mit hohen Lagerkapazitäten sowie Ein- und Auslagerleistungen bei niedrigen Investitions- und Betriebskosten. Derzeitig besteht die Lösung in der Kombination von automatisierten Lagersystemen und Kommissionierstationen verbunden durch stationäre oder mobile Fördereinrichtungen. Das Ziel dieser Arbeit war, mögliche Optimierungen des Verhältnisses zwischen Systemleistung und Investitions- und Betriebskosten zu ermitteln. Der Schwerpunkt liegt auf den Lagersystemen und Kommissionierstationen. Dazu wurden die Durchsätze der automatischen Lagersysteme und dessen verschiedenen Ausführungen analysiert. Anhand eines Prototyps, der die Zusammenfassung der Lager-, Bereitstellungs- und Kommissionierprozesse technisch ermöglicht, wurden die möglichen Durchsätze errechnet. In weiterer Folge wurden die Ergebnisse in Hinblick auf Leistungen und Kosten verglichen. Das Ergebnis zeigt, dass abhängig von der Ausführung von automatischen Lagersystemen der Durchsatz um mehr als 100 % gesteigert werden kann. Investitionskosten können um mindestens ein Drittel reduziert werden und Personal zur Kommissionierung wird nicht mehr benötigt. Das neue Designkonzept und dessen Vorzüge sollen zukünftig einem Kunden in England präsentiert werden. Zuvor wird eine Simulation erstellt, anhand welcher das Verhalten des Systems mit realen Kundenauftragsdaten vorausgesagt werden soll.
Bezugnehmend auf die immer strenger werdenden Abgasnormen müssen effizientere und emissionsärmere Antriebssysteme entwickelt werden. Ein Ansatz hierfür ist die Verwendung von Brennstoffzellen als Hilfsaggregate in Automobilen. Da Experimente mit Brennstoffzellen komplex, teuer und meistens auch gefährlich sind, wird ein Fokus auf die Simulation gelegt. Im Rahmen dieser Arbeit werden dynamische Modelle der Komponenten Reformer und Stack einer Festkörperbrennstoffzelle erstellt. Zu Beginn werden die Grundlagen von Brennstoffzellen und Reformern besprochen. In weiterer Folge wird die Modellierung anhand physikalischer und mathematischer Ansätze und die Validierung dieser Modelle vorgestellt. Dabei werden beim Reformermodell die unterschiedlichen Reformierungsarten Dampfreformierung, partielle Oxidation und autotherme Reformierung sowie die Verwendung von unterschiedlichen Brennstoffen berücksichtigt. Beim Brennstoffzellenstackmodell können die drei Strömungskonfigurationen Gleich-, Gegen- und Wechselstrom simuliert werden. Durch Kalibrierung der Modelle mit Benchmarkmodellen kann die Gültigkeit überprüft werden. Als Ergebnisse dieser kalibrierten Modelle können die Austrittstemperatur und die Austrittsgaszusammensetzung genannt werden. Mithilfe dieser wird die zukünftige modellbasierte Entwicklung von Steuerungsalgorithmen ermöglicht.
Die Firma Samsung SDI Battery Systems GmbH in Premstätten entwickelt und produziert Batteriesysteme für den Automotive Sektor. Dabei erfolgt die gesamte Entwicklung, Simulation, Berechnung und Fertigungsplanung an diesem Standort. Das Portfolio der Firma Samsung deckt dabei alle verschiedenen Typen von Elektrofahrzeugen ab. Aufgrund einer Kundenanforderung wird erstmals ein 48V Batteriesystem entwickelt. Ziel dieser Arbeit war es, die Ansteuerelektronik für das Hauptrelais im Batteriesystem, welches zum Ein- und Ausschalten der gesamten 48V Seite dient, zu entwickeln. Dieses Batteriesystem dient als Zusatzenergiequelle, um elektrische Verbraucher im Fahrzeug, wie z.B. Klimaanlage, Starter und diverse kleinere Verbraucher im Fahrgastraum zu versorgen. Nachdem alle Anforderungen an das System erhoben wurden, begann das Projekt mit der Berechnung aller wichtigen Komponenten. Anschließend wurden Simulationen durchgeführt, um die Berechnung zu validieren. Weiters wurde ein Stromlaufplan entworfen und in weiterer Folge ein Layout entworfen, welches in das Gesamtlayout des Steuergerätes integriert wurde. Nach der Fertigstellung des Prototyps wurden an diesem Messungen durchgeführt, um die Funktionen für den Einsatz im Fahrzeug zu verifizieren. Das Resultat der Arbeit ist ein fertiger Relaistreiber, welcher alle Kunden- und Sicherheitstechnischen Anforderungen für den Automotive Einsatz erfüllt. Dieser kann nach Anpassung einer wenigen Feinheiten in der Serie auch für zukünftige Projekte eingesetzt werden.
Magnetic angle position sensors have proved popular over the last decade. Because of their robustness they have prevailed as standard in a large variety of applications in the automotive, industry, consumer and medical area. Application examples in these areas include: throttle pedals, sewing machines, smartwatches and special surgery tools. Magnetic angle position sensors consist of an integrated circuit and a permanent magnet which serves as signal source and is attached to an object whose position needs to be sensed. The optimization of magnetic angle position sensors, in order to achieve high performance at low cost is complex. This thesis aims to solve these issues with a simulation-based approach. In general, the simulation of magnetic position sensors is complicated by several factors, therefore it requires expensive tools which are difficult to master and to use. These difficulties are overcome by a software called POS-Simulator. One part of the software is installed on the user's PC, which connects to a webserver where the other parts of the software are installed. All simulations are performed on the webserver. The simulation results are sent back to the user after the simulation has been completed. The simplicity of the POS-Simulator is attained by its high degree of specialization to the customer's needs. The POS-Simulator enables customers to design and verify the operation of position sensor systems within hours instead of several weeks. The simulation results have been verified by measurements where correlation with simulations was remarkably good. The accuracy of the simulation results is high enough to enable the optimization of applications and to predict their expected errors.
The active part of a transformer consists primarily of the core and the winding blocks. By definition, the active part includes all of the components that lead a current or are energized by an electromagnetic field and are required to transform the voltage from a higher level to a lower level or vice versa. A winding block consists of the winding itself, insulation materials and the clamping ring. Clamping rings that are located at the top of winding blocks consist of cellulose fibers. These rings are necessary in order to sustain the clamping force on the windings during operation so that a transformer can withstand high forces in case of short circuits or power line faults. Due to recent changes in the supplier’s production process, these clamping rings sometimes break during the transformers’ manufacturing process. Such breakages result in high costs. The aim of this study is to therefore identify the reasons behind the mechanical failure of clamping rings during the manufacturing process – when the clamping force is applied – in order to avoid future failure of these elements. For this purpose, a material model was developed to analyze the stress states which cause the clamping rings to fail. Furthermore, strength tests were conducted on the clamping ring material itself in order to establish the mechanical strengths. Numerous effects had to be considered since the material consisting of cellulose fibers exhibits a complex material behavior. The result of this study is an orthotropic material model which can be used to analyze stress states in clamping rings when the clamping force is applied. By comparing the simulated stress states to the established strengths, the limitations could be identified. As a result of identifying the critical stress states inside the clamping rings during the manufacturing process, measures can be derived and analyzed in order to generate a safe design for these components. In order to reduce mechanical stresses inside of the clamping rings during the clamping process, it is recommended that clamping base plates be designed and the alignment of the hydraulic jacks be modified.
Durch immer strengere Regulierungen von Schadstoffemissionen, vor allem unter realen Betriebsbedingungen von Fahrzeugen, wird die Abbildung von realen Fahrzyklen auf verschiedensten Motoren - und Fahrzeugprüfständen immer essentieller. Reale Fahrzyklen bedingen jedoch eine dynamische Anpassung der Parameter und Testgrößen. Dabei ist die Temperatur des Motors ein wesentlicher Parameter, welcher mit konventionellen, am Markt verfügbaren Anlagen, nicht dynamisch geregelt werden kann und somit keine realitätsnahen Bedingungen bereitet werden können. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Konditioniersystems, welches eine dynamische Regelung der Testtemperatur ermöglicht, wodurch realitätsnahe Betriebszustände geschaffen werden können. Dieses soll so ausgelegt sein, dass verschiedene Leistungsstufen skalierbar sind, ohne große Änderungen an der Konstruktion vornehmen zu müssen. Ein weiteres Ziel war es, durch einen Prototyp, wesentliche Parameter erfassen zu können, welche in weiterer Folge als Grundlage für ein Regelungsmodell herangezogen werden können. Im ersten Schritt wurden die wichtigsten Grundlagen erarbeitet, gefolgt von der Entwicklung möglicher Konzepte. Nach der Definition von Bewertungskriterien wurde ein Konzept weiterverfolgt. Um einen Prototyp realisieren zu können, wurden mögliche Komponenten analysiert und berechnet, ein 3D Model konstruiert und anschließend gefertigt. Das Ergebnis der Arbeit ist das Konzept einer dynamischen, kostengünstigen und skalierbaren Konditionieranlage, woraus in weiterer Folge ein Prototyp entstanden ist. Dieser Prototyp dient den Regelungsexperten als reales Modell, um optimale Regelungsstrategien und eine Auto-Tune Funktion erproben zu können sowie als Basis für die Weiterentwicklung zur Kleinserie.
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.
Durch die Entscheidung zur Spezialisierung auf Nischenprodukte mit höheren Scheinleistungen ergeben sich neue Anforderungen an das Design der Transformatoren. Zur Sicherung der Marktposition soll die wirtschaftliche und einfache Bauform von Verteiltransformatoren aber bestmöglich beibehalten werden. Daher ist die Realisierung der Wicklung, welche eine essenzielle Baugruppe des Transformators darstellt, von zentraler Bedeutung. Mit steigender Scheinleistung sowie zunehmenden Überlasten stoßt das Design von Verteiltransformatoren früher oder später an die Grenzen der Betriebssicherheit. Dadurch ist es von hohem Interesse, die relevanten Kriterien zu eruieren und einen erzwungenen Wechsel auf das aufwändigere Design von Leistungstransformatoren hinauszuschieben. Der Fokus liegt daher bei den, für Verteiltransformatoren üblichen, Wicklungsarten Band- und Lagenwicklung sowie bei der Wendel- und Scheibenwicklung aus dem Bereich Leistungstransformatoren. Die Erarbeitung des jeweiligen Aufbaus und der individuellen Eigenschaften bildet dabei die Grundlage für die weiteren Untersuchungen. Im Zuge dieser Untersuchungen werden die Schwerpunkte thermische Beanspruchung, mechanische Beanspruchung, Spannungsfestigkeit und Herstellkosten behandelt und die Vor- und Nachteile der jeweiligen Wicklungsarten im Detail betrachtet. Die Untersuchungsergebnisse geben zum einen Aufschluss über die Eignung sowie Schwachstellen und ermöglichen zum anderen die Gegenüberstellung der Wicklungsarten. Dadurch ist die abschließende Empfehlung für die optimale Anwendung der jeweiligen Wicklungsart möglich.
Die Röntgenstrukturanalyse ist ein Messverfahren, welches zur Charakterisierung von Materialparametern, wie zum Beispiel Kristallstruktur und Kristallgröße, eingesetzt wird. Derzeit bietet die Anton Paar GmbH, mit Sitz in Graz Straßgang, verschiedene Geräte und Zusätze für die Röntgenstrukturanalyse an. Um das Produktportfolio zu erweitern, soll ein neues Gerät entwickelt werden. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Konzepts für den Antrieb des neuen Röntgenstrukturanalysegeräts. Des Weiteren sollte sie als Basis für den Aufbau eines Prototyps dienen. Zusätzlich erfolgte noch eine Analyse von bereits am Markt etablierten Geräten der Mitbewerber, um damit die Anforderungen an den Antrieb, wie auch an das Gesamtgerät, definieren zu können. Nach einigen theoretischen Grundlagen der Röntgenstrukturanalyse erfolgte der Vergleich von Geräten der Mitbewerber. Aus den Ergebnissen der Analyse wurden die Anforderungen an das Gerät und den Antrieb abgeleitet. Im Anschluss daran wurde ein Konzept für den Antrieb erarbeitet. Dabei wurden mehrere mögliche Varianten aufgezeigt und miteinander verglichen, um die beste Variante zu ermitteln. Danach wurden die einzelnen Komponenten der ausgewählten Variante bestimmt und entsprechend der angreifenden Kräfte und Momente ausgelegt. Am Schluss erfolgte auf Basis der vorangegangenen Erkenntnisse die Konstruktion eines 3D-Modells. Die Zielvorgaben an den Antrieb im Bereich der Genauigkeit und Auflösung konnten erfüllt werden. Auch wurde eine kompakte Bauweise mit niedrigen Herstellkosten realisiert. Es wurden bereits zwei Prototypen in Fertigung gegeben, welche auf den 3D-Modellen dieser Arbeit basieren. Abschließend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit gestellten Anforderungen erfüllt werden konnten und ein umsetzungsfähiges Konzept entstanden ist. Dieses zeigt, dass auch mit geringen Herstellkosten die hohen Anforderungen an den Antrieb realisiert werden konnten.
In den meisten österreichischen Haushalten wird ein sogenannter Ferraris-Zähler zur Messung der verbrauchten elektrischen Energie eingesetzt. Aufgrund der gesetzlichen Lage sind die österreichischen Netzbetreiber verpflichtet, 95 % der Ferraris-Zähler bis zum Ende des Jahres 2019 durch moderne Smart Meter zu ersetzen. Die Hauptaufgabe der Netzbetreiber ist die Versorgung seiner Kunden mit elektrischer Energie. Der bevorstehende Rollout stellt eine große Herausforderung an den Netzbetreiber im Bereich der Logistik dar. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, ein Logistikkonzept zu erstellen, welches den Rollout von fast 200 000 Smart Meter im Netzgebiet der Stromnetz Graz GmbH & Co KG in einem Zeitraum von dreieinhalb Jahren sicherstellt. Zu Beginn werden die Rahmenbedingungen im Rollout definiert und drei mögliche Konzepte erstellt. Im theoretischen Teil der Arbeit werden relevante logistische Größen bestimmt und Planungsmethoden beschrieben. Im nächsten Schritt werden die Warenflüsse in den drei betrachteten Szenarien analysiert und quantifiziert. Darüber hinaus werden die logistischen Prozesse untersucht um die notwendigen Ressourcen bestimmen zu können. Am Ende erfolgt der Vergleich der gewonnen Ergebnisse. Diese werden anhand einer Nutzwertanalyse bewertet, um das beste Konzept hinsichtlich der Ressourcen, der Nachverfolgbarkeit der Zähler während des Rollouts sowie der strategischen Nutzung des Konzepts über den Rollout hinaus, zu bestimmen. Die Bewertung der drei Konzepte zeigt, dass das Konzept mit einem Zentrallager und zwei externen Servicestellen das am besten geeignetste Konzept darstellt, obwohl es sich dabei um jenes mit der größten Dezentralisierung handelt. Die gewonnen Ergebnisse werden in der weiteren Planung des Rollouts berücksichtigt.
Die Firma Knapp mit Sitz in Hart bei Graz ist einer der führenden Anbieter für intralogistische Komplettlösungen im Bereich der Lagerautomation. Die Firma befindet sich gerade in der Einführungsphase eines neuen ERP-Systems (Enterprise Resource Planning System) um für die zukünftigen Herausforderungen gerüstet zu sein. In diesem Prozess werden auch das Produktionsplanungssystem und die Fertigungssteuerungsstrategie angepasst. Das Ziel dieser Anpassung ist es, die Durchlaufzeit im Produktionsprozess deutlich zu verkürzen. Eine gesicherte Aussage wie groß diese Verkürzung der Durchlaufzeit ausfallen wird, kann jedoch nicht getroffen werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Unterschiede in der Durchlaufzeit in der Produktion anhand eines Beispiels auf beiden Systemen (bestehendes und neues System) aufzuzeigen und zu bewerten. Die Fokussierung der Arbeit liegt im Bereich der Fertigungssteuerungsstrategie und den dazugehörigen Grobplanungswerkzeugen in der Teilefertigung. Zu Beginn werden die beiden unterschiedlichen Produktionsplanungssysteme näher beschrieben um einen Überblick zu liefern. Anschließend wird eine Simulation mit einem repräsentativen Beispiel auf beiden Systemen durchgeführt und die Unterschiede ausgewertet. Der Vergleich der Planungsergebnisse ergab eine um mindestens 10% kürzere Durchlaufzeit, wenn der Prozess mit dem neuen System geplant wird. Die zukünftigen Schritte bestehen darin, die kürzere Durchlaufzeit über ein ganzes Jahr konstant zu halten und danach noch weiter zu verkürzen, um ein höheres Volumen durch den Produktionsprozess durchzubringen.
Das Transformatorenwerk in Weiz ist eines von 19 Fertigungsstandorten von Siemens, das Verteil- und Leistungstransformatoren entwickelt, produziert und prüft. Aufgrund einer Portfolioumstellung im Bereich Verteiltransformatoren kam es zur Spezialisierung auf Sonder- und Industrietransformatoren. In diesen Portfoliobereich fallen auch Transformatoren, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden sollen. Das Ziel dieser Masterarbeit war es, ein entsprechendes Konzept für den Explosionsschutz bei Verteiltransformatoren für die Zone 2 nach der europäischen Richtlinie ATEX 2014/34/EU zu entwickeln. Mittels einer Risikoanalyse wurden alle Gefahren eines Transformators in einer explosionsgefährdeten Umgebung identifiziert. Anhand einer Risikoabschätzung und -bewertung wurden danach alle Zündquellen aufgrund der Häufigkeit ihres Auftretens kategorisiert. Abschließend wurden alle vorhandenen Risiken mittels entsprechender Maßnahmen minimiert bzw. beseitigt, um den Anforderungen der Richtlinie bzw. Normen zu entsprechen. Als Ergebnis wurden 32 potentielle Gefährdungen für den Transformator identifiziert und entsprechende Maßnahmen (technische Schutzmaßnahmen und Benutzerinformation) erarbeitet, um das Risiko auf ein gefordertes Minimum zu reduzieren. Alle Ergebnisse dieser Arbeit sollen als Grundlage dienen, um ein Konformitätsbewertungsverfahren nach genannter Richtlinie zu bestehen und somit die Freigabe eines Transformators für den freien Warenverkehr zu erhalten. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das erarbeitete Konzept im Unternehmen umgesetzt werden. Das bedeutet, dass alle erarbeiteten Maßnahmen am Transformator angewendet werden und die dafür notwendige Dokumentation erstellt wird.
Im Zuge von baulichen Erweiterungen des Firmenstandorts der Geislinger GmbH wurde die Idee zur Entwicklung einer innovativen, die Produkte widerspiegelnden Beleuchtungslösung geboren. Ein außergewöhnliches Flächenmodell des Architekten (Dipl.-Ing. Dr. Volkmar Burgstaller) liefert hierbei das Design und somit die Basis für die Entwicklung der Verbundbauteile. Die besondere Form und Größe des Modells sind hier gemeinsam mit den gewünschten Materialien die herausfordernden Kriterien. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich zur Realisierung dieses Projekts mit den Grundlagen der Faserverbundtechnik, beginnend bei den Materialien, über die Bauteildimensionierung, bis hin zu den in Frage kommenden Fertigungsverfahren. Die Ergebnisse werden hierbei auf die vorhandenen Ressourcen und Möglichkeiten angepasst. Der Wiedererkennungswert der bestehenden Produkte ist durch den richtigen Einsatz von Kohlenstoff- und Glasfasern gegeben. Die Straßenbeleuchtung wird dabei in zwei Hauptteile aus Verbundmaterialien, den Mast und Laternenkopf, aufgeteilt. Zur Herstellung dieser Bauteile wird das Wickelverfahren und Handlaminierverfahren eingesetzt. Die Entwicklung der Vorrichtungen für diese Verfahren ist mitunter Thema dieser Arbeit. Durch die praktische Umsetzung wird dabei auf Probleme und Lösungsvarianten eingegangen. Die Arbeit liefert somit kein mögliches Konzept, sondern vielmehr das Ergebnis des realisierten Projektes. Mit der erfolgreichen Montage und Inbetriebnahme der innovativen Straßenbeleuchtung findet das Projekt einen positiven Abschluss. Das Resultat wird zurzeit firmenintern an einigen Standorten eingesetzt. Einer Vermarktung der im Rahmen dieser Arbeit realisierten außergewöhnlichen Straßenbeleuchtung und dadurch die Erschließung einer neuen Produktsparte steht aber nichts im Wege. Durch die modulare zweiteilige Ausführung sind zudem Freiheiten bezüglich Gestaltung von anderen Kopfdesigns gegeben und auf Kundenwünsche könnte eingegangen werden.
Der kontinuierlich steigende Bedarf an elektrischer Energie und die negativen Auswirkungen des Klimawandels verlangen effiziente und kohlenstoffarme Technologien in der Energieversorgung. Vor allem der Photovoltaik (PV-Energie) wird dabei ein hohes Potenzial zugeschrieben, was sich auch in einer stetigen Erhöhung der installierten PV-Anlagen widerspiegelt. Um einen störungsfreien und effizienten Betrieb der PV-Anlagen zu ermöglichen, ist es notwendig, Fehler frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit folgender zentralen Fragestellung: Inwiefern kann ein Digitaler Zwilling der Energieproduktion einer nachgeführten PV-Anlage zur Fehlerdiagnose angewandt werden? Die Untersuchung erforscht dabei u.a. die Parameter, die zur Entwicklung eines solchen Energiemodells notwendig sind. Mithilfe einer entwickelten Messtechnik werden die Ausrichtung, die Neigung und die Temperatur der PV-Module sowie die globale Strahlungsintensität ermittelt. Dabei sendet ein Mikrocontroller zur weiteren Verarbeitung die Messwerte per Modbus TCP an einen Server. Basierend auf den erhobenen Kenngrößen und dem aktuellen Sonnenstand wird die Leistung der PV-Anlage in C# simuliert. Zur Visualisierung und Auswertung werden die Ergebnisse in ein Prozessleitsystem überführt sowie in einer SQL-Datenbank archiviert. Die Modellevaluierung zeigt, dass die Genauigkeit der erhobenen Parameter ausreichend hoch ist, um damit die Leistung der PV-Anlage zu simulieren. Lediglich die Bestimmung der Strahlungsanteile auf einer geneigten Fläche erweist sich als problematisch und bedarf, für eine exakte Erhebung, zusätzlicher Sensorik. Mit Hilfe des entwickelten Modells lassen sich die wesentlichen Zusammenhänge u.a. von Sonnenstrahlung, Einfallwinkel und Energieertrag, abbilden. Obwohl bereits erste Fehlerdiagnosen mit dem Modell getätigt werden können, ist eine Erweiterung der Abbildungstiefe und Modellkomplexität dringend empfohlen. Erst hierdurch lassen sich detaillierte Aussagen über die heterogenen Fehlerarten tätigen. Daneben stellt die Auswertung der Modellanomalien durch Verwendung von selbstlernenden Algorithmen eine, auf diese Arbeit aufbauende, innovative Forschungsthematik dar.
In einer globalisierten Welt ist es von Bedeutung, die Lieferketten und Materialprozesse kontinuierlich zu optimieren. In der Firma Anton Paar soll der Materialflussprozess effizienter gestaltet werden, um Zeit und Kosten zu reduzieren. Ziel der Masterarbeit ist eine Reduzierung der Durchlaufzeit des Materialflussprozesses, was sich positiv auf die Gesamtdurchlaufzeit der Supply Chain auswirkt. Die vorliegende Arbeit beschreibt die in der Literatur gängigen Materialflussprozesse und diskutiert deren Vor- und Nachteile. Basierend auf der Literaturanalyse werden die relevanten Prozessoptionen identifiziert und dargestellt. Die einzelnen Prozesskomponenten werden segmentiert und mit Metriken (z.B. Durchlaufzeit, Kosten) versehen, um die Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Der Ansatz der Kommissionierungs-Optimierung ist der effizienteste Weg, um den Materialfluss hinsichtlich Kosten und Zeit zu steuern. Dies gilt vor allem dann, wenn das Unternehmen technisch anspruchsvolle Artikel im Materialfluss hat. Enthält der Materialfluss eine hohe Anzahl einfacher Artikel, sollte das Unternehmen das C-Teile Management in Betracht ziehen. Die Komplexität der Artikel im Materialflussprozess bestimmt, welche der beschriebenen Optimierungen gewählt werden sollten. Daraus ergibt sich die Empfehlung, die Komplexität der Artikel zu quantifizieren und damit messbar zu machen. Anschließend kann anhand der Empfehlungen dieser Arbeit der optimale Materialflussprozess ausgewählt werden.
Das Kerngebiet der Firma Fb Industry Automation liegt in der Intralogistik. Im Niedriglastbereich verbaut Fb Industry Automation automatische Kleinteilelager in kompakter Form. In diesem Bereich wurde ein Shuttlefahrzeug mit maximaler Zuladung von 120 kg entwickelt. Im Anschluss war dieser Prototyp Teil einer Vorstudie, wobei die Schwachstellen des Prototyps analysiert wurden. Auf Grund dieser Vorstudie sollte das Shuttlefahrzeug neu- bzw. weiterentwickelt werden. Ziel dieser Masterarbeit ist es, das Shuttlefahrzeug dahingehend neu zu konzipieren, dass die Anforderungen des Marktes nach Lagerdichte, Durchsatz und Verfügbarkeit stärker berücksichtigt werden und somit das neue Shuttlefahrzeug wettbewerbsfähig ist. Der Durchsatz wird per Neuauslegung des gesamten Antriebsstranges gesteigert. Hierzu werden in der vorliegenden Masterarbeit Nutzwertanalysen hinsichtlich des Shuttletyps sowie des Lastaufnahmemittels vorgenommen. Zudem wird die Zykluszeit des neuen Shuttlesystems berechnet, worauf die neuen Antriebe ausgelegt werden. Mittels einer Neuanordnung der Antriebe sowie der Neuauswahl bestimmter Shuttlekomponenten verringert sich die Shuttlegröße, was zugleich die Lagerdichte erhöht. Die Verfügbarkeit wird über das bessere Handling des Shuttlefahrzeuges gewährleistet. Die verbauten Komponenten werden abschließend in der Arbeit festgehalten; ferner erfolgt ein Ausblick auf künftige Optionen für mögliche Weiterentwicklungen.
Das Unternehmen LOGICDATA entwickelt und produziert vorwiegend Antriebssysteme für höhenverstellbare Tische. Im Bereich der Motorsteuerung und deren Antriebe, wurden seitens LOGICDATA in der Vergangenheit kontinuierlich Innovationen stark vorangetrieben. Die Dehnmessstreifentechnologie hingegen, welche für den Schutz des Systems verwendet wurde, wurde von Beginn an nicht optimiert oder modifiziert. Das Ziel der Arbeit war es, eine neue Technologie im Bereich des Systemschutzes einzuführen, welche nicht auf der bereits verwendeten Dehnmessstreifentechnologie aufbaut, das nötige Know-how zu generieren und eine neuartige Lösung zu entwickeln, welche intern in der Steuerung selbst den Platz finden soll. Dabei konzentriert sich die Arbeit auf Sensor Technologien und zeigt wie diese im Detail funktionieren. Nach gewonnenen Erkenntnissen erfolgt eine Aufarbeitung, wie ein elektronisches System zur Ansteuerung und Auswertung dieses Sensors entwickelt werden kann und welche Aspekte zur Erreichung der Anforderungen zu erfüllen sind. Mit den Ergebnissen dieser Untersuchungen soll im Zuge der Arbeit eine Hardware Lösung geschaffen werden. Die Problemstellung kann mittels dem Light Barrier Konzept souverän gelöst werden, dies geht auch aus der Nutzwertanalyse hervor. Die praktischen Tests auf Prototypenbasis lieferten bereits trotz fehlender Serienwerkzeuge, ohne Serienelektronik und ohne vollständig eingestellte Parameter sehr vielversprechende Ergebnisse. Abschließend kann festgehalten werden, dass es nötig ist, höhere Stückzahlen zu produzieren, um eine auf Zahlen, Daten und Fakten basierende Aussage treffen zu können, ob das System stabil produziert werden kann und die Toleranzen auch den in der Theorie berechneten Werten entsprechen. Sollte dies nicht der Fall sein, müssen Korrekturmaßnahmen definiert und etwaige Anpassungen durchgeführt werden.
In den letzten Jahren werden Sicherheitsfunktionen in Maschinen vermehrt über sicherheitsgerichtete Steuerungen und die dazugehörige sicherheitsgerichtete Software realisiert. Dies hat zur Folge, dass es erhöhte Anforderungen an die Softwarequalität laut der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG gibt. Die Anforderungen an sicherheitsgerichtete Software werden in den dazugehörigen harmonisierten Normen, wie üblich, nur sehr allgemein beschrieben und es gibt nahezu keine publizierten Beispiele dazu. Das Ziel dieser Masterarbeit, welche in Kooperation mit der Firma Glock Ges.m.b.H. umgesetzt wird, ist es, die Anforderungen an eine sicherheitsgerichtete Software laut Maschinenrichtlinie und der harmonisierten Normenreihe EN ISO 13849 aufzuzeigen. Es sollen anhand der entsprechenden Normen Maßnahmen und Vorschläge zur praktischen Umsetzung gegeben werden. Das zweite Ziel dieser Masterarbeit ist es, das Softwaretool SOFTEMA mit Hilfe eines Applikationsbeispiels auf seine Praxistauglichkeit zu testen. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Softwarelebenszyklus mit konstruktiven und überprüfenden Tätigkeiten. Die Tätigkeiten werden mittels Umsetzungsbeispielen beschrieben und es werden Empfehlungen gegeben, welche Maßnahmen je nach erforderlichem Performance Level der Sicherheitsfunktion nötig sind. Die Anwendung des Softwaretools SOFTEMA wird mittels einer Roboterautomatisierung mit integrierter funktionaler Sicherheit getestet. Es wird ein Bericht über die Praxistauglichkeit des Softwaretools gegeben und des Weiteren wird eine Handlungsempfehlung an das Unternehmen gegeben, ob das Softwaretool in Zukunft eingesetzt werden sollte.
Der Einsatz von digitalen Zwillingen hat in den letzten Jahren den Bereich der virtuellen Inbetriebnahme und deren Einsatz für Automatisierungssysteme stark beeinflusst. Dadurch können Anlagen getestet, optimiert und virtuell in Betrieb genommen werden, auch wenn sie noch nicht oder nur teilweise physisch vorhanden sind. Die Implementierung und der richtige Einsatz eines digitalen Zwillings spart Zeit und erhöht die Rentabilität. Im Mechanical Engineering & Robotics Lab der Studienrichtung Automatisierungstechnik an der FH CAMPUS 02 ist der Einsatz von physikalischen Anlagenkomponenten nur bedingt möglich. Ziel dieser Arbeit ist es, mit der Software Tecnomatix Process Simulate von Siemens einen digitalen Zwilling eines Förderbandes zu erstellen und diesen mit vorhandenen physikalischen Anlagenteilen zu verbinden. Es soll ein Hybrid aus virtuellen und realen Anlagenteilen entstehen, der zu Testzwecken eingesetzt werden kann. Zu Beginn der Arbeit werden Modelle für die Erstellung eines digitalen Zwillings ausgewählt und Modelle zur Kopplung von realen und virtuellen Komponenten untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass ein Hardware-in-the-Loop-Modell für eine solche Kopplung am besten geeignet ist. Resultierend aus den Ergebnissen der Untersuchungen wird ein digitaler Zwilling in Process Simulate erstellt und eine gewisse Intelligenz in Form von Sensorlogik, Operationen, Materialfluss und Signaleinund -ausgängen erlernt. Anschließend wird dieser Zwilling mit einer realen speicherprogrammierbaren Steuerung unter Verwendung des Hardware-in-the-Loop-Modells gekoppelt und getestet. Aufgrund der Versuche mit den gekoppelten Komponenten, bestehend aus virtuellen und realen Anlagenteilen, kann diese Art eines digitalen Zwillings an der FH CAMPUS 02 durchaus für die vorgesehenen Zweck eingesetzt werden.
Da die Produktionsanlagen in vielen Industriezweigen effizienter geworden sind, wurde die Automatisierung zu einem wesentlichen Bestandteil. Der permanente Betrieb und der Verschleiß der Anlagen und Maschinen führen zu stetig steigenden Instandhaltungskosten, welche unter anderem auf erhöhten Verschleiß und Materialermüdungen zurück zu führen sind. Um diesen Problemen entgegen zu wirken, kommt das Prinzip des Condition Monitoring immer öfter zur Anwendung. Die Firma PMS Elektro- und Automationstechnik GmbH möchte die Zustandsüberwachung in zukünftigen Projekten implementieren. Aufgrund dessen ist es Ziel dieser Arbeit einen Überblick über die unterschiedlichen Condition Monitoring Methoden und Systeme zu schaffen, um einen Einblick in die optimale Nutzung der einzelnen Varianten zu bekommen und entsprechende Empfehlungen auszusprechen. Die einzelnen Anwendungen und Hardware-Module werden beschrieben, durchleuchtet und auf definierte Kriterien analysiert. Das Ergebnis dieser Arbeit ist die Beschreibung und Analyse der Condition Monitoring Systeme und Module. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen es, die optimalen Varianten für den jeweiligen Anwendungsfall auszuwählen und in Verwendung zu bringen. Ein weiteres Ergebnis ist die Simulation, welche die gemessenen Daten in ein automatisiertes Steuerungssystem integriert. Sie veranschaulicht auch die automatische Reaktion auf Systemveränderungen. Die geeignete Ausführung der Condition Monitoring Systeme und Methoden kann die Lebensdauer von Anlagen und Maschinen erhöhen und zusätzlich werden dadurch auch die Instandhaltungskosten gesenkt. Die Systeme sollen in Zukunft nicht nur Aufschluss über den Status der Anlage oder Maschine geben, sondern auch Daten für die Automatisierung bereitstellen, um auf Systemveränderungen automatisch reagieren zu können, damit Schäden vermindert und verhindert werden können.