Automatisierungstechnik-Wirtschaft
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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.
Das aktuell eingesetzte Material-Tracking-System, für die Halbleiterfertigung der ams AG in Premstätten, hat seine Belastungsgrenzen erreicht und muss daher ersetzt werden. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines Konzepts für ein neues System, welches zusätzlich auch der schlanken Produktionsstrategie (Lean Production) entspricht. Dafür werden zunächst im Rahmen einer Literaturrecherche die Grundlagen der Gebiete Materialidentifikation und Materiallokalisation sowie der Lean Production erarbeitet. In der anschließenden Analyse werden die aktuellen Probleme mit Hilfe von Werkzeugen der Lean-Strategie aufgearbeitet und dargestellt. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in die darauffolgende Entwicklung des Konzepts ein. Dabei entsteht ein neues Betreiberkonzept auf aktuellem Stand der Technik, welches auch die logistischen Abläufe im Sinne der schlanken Produktionsstrategie verbessert. Das Ergebnis der Arbeit ist ein umfangreiches Konzept für ein Lean-Material-Tracking-System in der Halbleiterfertigung, in dem die Chancen, aber auch die zu erwartenden Herausforderungen, detailliert dargestellt werden. Als Ausgangspunkt zur Umsetzung des Konzepts werden abschließend die technischen Anforderungen erarbeitet, kategorisiert und bewertet. Das Konzept bietet die Grundlage zur Auswahl eines passenden Lieferanten und Ausführung eines Pilotprojekts, um die Durchführbarkeit unter realen Bedingungen feststellen zu können.
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.
LOGICDATA entwickelt APIs (Application Programming Interfaces) für die marktführenden Smartdevice Plattformen zur Steuerung von mechatronischen Systemen in der Möbelindustrie. Die Funktionalität dieser APIs muss durch Tests mit verschiedenen Eingabeparametern überprüft werden. Änderungen in der Implementierung der APIs während der Entwicklungs- und Testphase führen zu Wartungsaufwand des Testsystems, welcher manuell durchgeführt werden muss. Das führt zu längeren Testdurchlaufzeiten und zu Verzögerungen in der Freigabe-Phase des Projekts. Ziel dieser Masterarbeit ist es, anfallende Wartungstätigkeiten bei API-Änderungen während der Testphase zu automatisieren, um die Entwicklungszeit des Testsystems zu reduzieren. Zu diesem Zweck soll eine Codegenerierungsmethode ausgewählt werden, mit der Code in verschiedenen Programmiersprachen und Plattformen generiert werden kann. Dafür werden verschiedene Codegenerierungsmethoden hinsichtlich ihrer Eignung für diese Aufgabenstellung miteinander verglichen und eine Wahl getroffen. Aufbauend auf diese Entscheidung wird eine Softwarearchitektur eines Testsystems mit automatischer Codegenerierung entworfen. Nach Festlegung dieser werden der Codegenerator und die Softwarekomponenten des Testsystems entwickelt und die Vorteile hinsichtlich Entwicklungs-, Wartungsaufwand und Testdurchlaufzeit aufgezeigt. Tests mit den ersten implementierten APIs haben gezeigt, dass der Einsatz der automatischen Codegenerierung zu einer höheren Codeflexibilität und niedrigerem Entwicklungsaufwand führt. Das Testsystem kann für die Verifikation zukünftiger API-Releases eingesetzt werden.
Wasserkonditioniereinheiten dienen der Versorgung von Fahrzeugteilen mit dem benötigten Kühlwasser auf Fahrzeug-Prüfständen. Innerhalb definierter Grenzen kann die Temperatur, der Volumenfluss und der Druck des Kühlmediums eingestellt werden. Die Inbetriebnahme der Temperaturregelung solcher Anlagen stellt dabei ein zeitintensives Unterfangen dar und erzeugt oftmals nur ein unzureichendes Ergebnis. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Parameter des verwendeten PID-Reglers automatisiert zu berechnen. Dies soll durch Verwendung eines thermischen Modells der Anlage erfolgen, welches automatisiert identifiziert wird. Die notwendigen Applikationen werden dabei mittels Matlab®/Simulink® umgesetzt und anschließend in einer speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeführt. Im ersten Schritt werden die Einflüsse auf das thermische Verhalten mittels Versuchen an der Anlage ermittelt. Folgend wird ein thermisches Modell aus den physikalischen Zusammenhängen erstellt. Hierzu werden die einzelnen Anlagenteile in ihre Zustandsraumdarstellung überführt. Für die Parameter des thermischen Modells wird im folgenden ein Identifikationsverfahren implementiert, welches auf Grundlage eines rekursiven Least Squares Algorithmus und der Linearisierung der Temperaturverläufe basiert. Abschließend werden mit Hilfe des identifizierten Modells und den Chien-Hrones-Reswick Einstellregeln die Parameter des Temperaturreglers automatisiert berechnet. Die Validierung des Anlagemodells und des Identifikationsverfahrens zeigt dabei, dass das dynamische Verhalten mittels des identifizierten Modells nachgebildet werden kann. Die automatisch berechneten Reglerparameter ermöglichen einen stabilen Betrieb der Temperaturregelung und können als Startwerte für weitere Optimierungen herangezogen werden. Im Vergleich zur händischen Parametrierung des Reglers kann die Inbetriebnahmezeit auf wenige Stunden reduziert und die Regelgüte auf ein konstantes Niveau gebracht werden.
Viele Branchen beschäftigen sich derzeit mit dem Stichwort Industrie 4.0. Die Produktentwicklung verändert sich durch den Einsatz neuer Technologien in vielen Bereichen. Die virtuelle Inbetriebnahme ist Teil dieser neuen Entwicklungen und trägt wesentlich zu einer frühen Maschinenevaluierung bei. Durch die Kombination realer Steuerungselemente mit einem virtuellen Maschinenlayout sind erstmals gesamte virtuelle Modelle der Produkte darstellbar. Um diese virtuellen Modelle für die Entwicklung von Sondermaschinen zu nutzen, ist es notwendig bereits bestehende Technologien und Methoden am Markt zu ermitteln und anhand verschiedener Kriterien zu bewerten. Eine Marktevaluierung zeigt die Unterschiede verschiedener Softwarelösungen auf. Anhand unterschiedlicher Beispielanlagen aus dem Sondermaschinenbau stellt die Arbeit eine Einführungsmöglichkeit eines Systems im Bereich der virtuellen Inbetriebnahme und der virtuellen Simulation dar. Dazu evaluieren reale Steuerungssysteme in Kombination mit dem virtuellen Modell die Abläufe und zeigen die Anwendung der Technologie am Beispiel realistischer Maschinenkonzepte. Daraus ergibt sich das Ziel, erstmals virtuelle Anlagen zur Evaluierung und Beurteilung der Steuerungsprogramme und der Verfahrensabläufe herzustellen. Die Anwendung der virtuellen Inbetriebnahme im Produktionsalltag des Unternehmens führt zu höheren Anlagenqualitäten und geringeren Produkteinführungszeiten, da erstmals das gesamte System in einem virtuellen Umfeld evaluiert werden kann.
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.
TRC²
(2020)
Flex produziert kleine elektronische Module, die am Ende des Produktionsflusses getestet und verpackt werden. Dazu sind selbst entwickelte Testlinien im Einsatz, bei welchen zugekaufte Verpackungsmaschinen integriert sind. Neu entwickelte Produktionsmaschinen führen zu veränderten Anforderungen an die integrierte Verpackungsmaschine. Fehlende Kommunikation schränkt die Möglichkeiten bei der Entwicklung ein. Zusätzlich führt eine unpraktische Ablaufsteuerung beim Ansprechen von Sensoren zu deren Deaktivierung. Ziel des Projekts ist es die bestehende Steuereinheit durch einen neuen Mikrocontroller und ein speziell entwickeltes Controller-Board zu ersetzen. Zunächst werden bekannte Mikrocontroller recherchiert und deren Eigenschaften verglichen. Für die Evaluierung werden die grundlegenden Anforderungen an den Mikrocontroller durch eine Analyse der Verpackungsmaschine ermittelt. Mit den Ergebnissen wird ein Mikrocontroller ausgewählt und ein Prototyp des Controller-Boards angefertigt. Auf dessen Basis wird ein verbesserter Schaltplan erstellt und ein Controller-Board designet und angefertigt. Zur Überprüfung der neuen Steuereinheit werden die Funktionen zur Ansteuerung der Komponenten ausprogrammiert. Die modifizierte Steuereinheit ermöglicht individuelle Verpackungsabläufe mit unterschiedlichen Möglichkeiten der Steuerung des Verpackungsprozesses, sowie der Materialüberwachung. Zukünftige Anforderungen können aufgrund der gewonnenen Flexibilität einfach umgesetzt werden.
Das Hauptziel dieser Studie ist es, eine Modernisierung und Flexibilisierung eines Motorenprüfstandes durchzuführen. Aus diesem Grund werden die Belastungseinrichtung und der Konditionierer des Prüfstandes verbessert. Einführend werden im theoretischen Teil verschiedene Belastungseinrichtungen wie die Wirbelstrombremse, Asynchron- und Synchronmaschine, analysiert. Des Weiteren wird das Verständnis zum prinzipielle Aufbau eines Konditionierers vertieft. Anschließend werden im praktischen Teil diverse Versuche mit der bestehenden Belastungseinrichtung durchgeführt, um gezielte Untersuchungen zu tätigen. Anhand der Ergebnisse wird ein vereinfachtes Modell erstellt, damit ein Vergleich mit dem modernisierten Motorenprüfstand durchgeführt werden kann. Danach werden verschiedene Versuche mit anderen Belastungsmaschinen getätigt. Die Analyse dieser ermöglicht eine Empfehlung für eine neue Belastungseinrichtung zu treffen. Außerdem werden verschiedene Tests mit dem neuen Konditionierer durchgeführt. Dabei werden sowohl die einzelnen Komponenten des Konditionierers, als auch der gesamten Konditionierer im Verbund untersucht. Die Resultate davon ermöglichen das Erstellen eines Modells für den Konditionierer. Dieses Modell dient zur Simulation von diversen Testszenarien und gestattet das Verifizieren von Anforderungen. Abschließend wird ein Konzept für die Belastungseinrichtung und den Konditionierer ausgearbeitet. Dieses Konzept veranschaulicht eine Möglichkeit zur flexiblen Nutzung dieser Komponenten in einem Prüfstand. Außerdem werden die Vorteile einer Flexibilisierung eines Prüfstandes dargestellt. Somit zeigt diese Studie einen Weg zur Realisierung eines modernen und flexiblen Motorenprüfstandes.
Globale Verfolgung und Verwaltung von Waren via automatischer Identifikation und Datenerfassung
(2018)
Mit der vierten Entwicklungsstufe der industriellen Produktion, der sogenannten Industrie 4.0 und mit dem Beginn des Zeitalters der Digitalisierung, hat sich die Knapp AG diesen beiden Themen angenommen. In Bezug auf die globale Warenverfolgung via automatischer Identifikation und Datenerfassung, wird diese Thematik anhand dieser wissenschaftlichen Arbeit behandelt. Diese wissenschaftliche Arbeit soll Aufschlüsse darüber geben, welche Arten von Auto ID für die KNAPP AG in Betracht gezogen werden können und was dies für eine potentielle praktische Umsetzung bedeutet. Zudem soll auch die Frage geklärt werden, wie und ob Umgebungs- und Produktionseinflüsse auf die einzelnen Auto ID Arten sowie die Verfahren mögliche negative Eingriffe hervorrufen könnten. Eine weitere Anforderung an die Knapp AG ist das unternehmerische Wachstum welche zufolge hat, dass eine Umstellung von der herkömmlichen manuellen Warenidentifikation auf eine innerbetriebliche automatisierte Warenverfolgung sowie Warenbereitstellung erzielt werden muss. Abschließend soll diese wissenschaftliche Arbeit die Grundzüge und damit ein allgemeines Verständnis für die Auto ID in der intralogistischen Umgebung der Knapp AG, sowie die unterschiedlichen Technologien, Verfahren und Anwendungen welche zur Realisierung und Umsetzung dieser benötigt wird, vermitteln.