Automatisierungstechnik-Wirtschaft
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In the early stages of the conceptual and the design phases of a new product simulation is involved in the decision making process, even before any prototyping is done. This concept is so-called front loading. Designing a new turbocharger for example requires better understanding of the rotor-dynamics. Multi-body dynamics simulation (MBD) is a suitable tool to investigate phenomena, e.g. rotor imbalance, which has a vast impact on the durability of bushing bearings. Combining multi-body dynamics simulation and computational fluid dynamics (CFD), the CFD supplies important boundary conditions for MBD, which is a new simulation methodology investigated in this thesis. The simulation tool AVL FIRE M with its multi-material capability is being used for this investigation. One of the most important fields related to this objective is the heat transfer analysis with special focus on the thermal dynamics of the heat flow within the turbocharger. Since CFD simulation is already a well established tool in product development and especially in the component design phase, this novel simulation approach is offering an alternative method to the conventional fluid-solid coupling which is usually used to calculate temperature distribution in solid structure and stress analysis. This proposed approach represents the simulation of heat transfer within the turbocharger structure and its parts by considering the solid and fluid parts of the turbocharger as a multi-domain and multi-material simulation model. The theoretical part builds up the fundamentals to the engineering background and the physical modelling. Furthermore, the basic essentials of workflow and the general evaluation process are introduced, which should form a transition between engineering outcome, usablity and user’s acceptance of the novel simulation approach. In the evaluation part of the thesis the gathered results are presented and summarized. The engineering outcome as well as the workflow and methodology of such kind of simulations are discussed. Finally, the summary presents all pillars of the evaluation process and an additional outlook is given as a reflection of the presented workflow. It provides recommendations for further improvement and gives suggestions for future investigations. The presented methodology proves to be a next level approach in prediction of turbocharger simulation in the product development process.
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.
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.
Die manuelle Bearbeitung von Schiffshüllen verliert aus Gründen der Effizienz und des Umweltschutzes immer mehr an Bedeutung. Stattdessen kommen hochautomatisierte Maschinen zum Einsatz, die diese Arbeit übernehmen oder Maschinen, die Personen an exponierte Stellen transportieren, um dort diverse Arbeiten zu verrichten. Mit steigendem Automatisierungsgrad steigen auch die Anforderungen an die Sicherheit von Maschinen, speziell im Bereich der Personensicherheit. Das Ziel dieser Masterarbeit war die Analyse und Optimierung eines Sicherheitskonzeptes für eine fahrbare Maschine der Hubert Palfinger Technologies GmbH zur manuellen Bearbeitung und Inspektion von Schiffshüllen in Schwimm- und Trockendocks. Auf Grund der rauen Umgebungsbedingungen und einer Bearbeitungshöhe von bis zu 30 Metern, wurden höchste Anforderungen an die Sicherheit des Bedienpersonals gestellt. Die Analyse des Sicherheitskonzeptes umfasste neben der Auswahl der Steuerung und der Optimierung der elektrischen und hydraulischen Bauteile auch einen rechnerischen Nachweis zur Vermeidung von Fehlern in sicherheitsbezogenen Teilen von Steuerungen. Die in dieser Masterarbeit durchgeführten Berechnungen zur Validierung der Sicherheitsfunktionen wurden einer akkreditieren Prüfstelle, mit dem Ansuchen einer CE-Zulassung für diese Maschine vorgelegt. Die Hubert Palfinger Technologies GmbH entwickelt mehrere Maschinen für die Schiffsbearbeitungsindustrie, die in ihrer Konstruktion sehr ähnlich sind. Das analysierte Sicherheitskonzept für die Personensicherheit ist somit vielseitig auch in anderen Maschinen anwendbar. Durch die Anwendung des fertigen Konzeptes gäbe es Potential für Einsparungen in der Entwicklung und bei Zertifizierungen. Außerdem könnten gewonnene Kenntnisse aus dem Betrieb in den Schiffswerften rasch und effektiv in zukünftige Planungen einfließen und so die Sicherheit aller Maschinen der Hubert Palfinger Technologies GmbH erhöhen.
Die Erzeugung von elektrischer Energie aus Windkraft ist stark windabhängig und deswegen sehr volatil. Daraus folgende Übererregungsbedingungen aus Spannungs- und Frequenzanforderungen an das Energieversorgungsnetz, an Windenergieanlagen und ihren Komponenten haben auch Einfluss auf die Auslegung der Nennbetriebsflussdichte und Einfluss auf die Verluste des Eisenkerns und damit auf das Design des Transformators. Hohe magnetische Flussdichten führen zu höheren Verlusten. Durch größere Kerne werden die Verluste verringert, da dies eine Senkung der magnetischen Flussdichte zur Folge hat. Damit steigen wiederum die Kosten und das Gewicht. Darüber hinaus nehmen Abweichungen zwischen der Verlustberechnung und den Messergebnissen Einfluss auf das Gewicht und die Kosten. Der Eisenkern muss so klein wie möglich und so groß wie nötig ausgelegt sein. Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Auslegung der maximalen Nennbetriebsflussdichte für Eisenkerne. Darüber hinaus thematisiert diese Arbeit die Identifizierung der Abweichung für eine bestimmte Auslegung und zeigt die mögliche Einsparung. Die Herkunft der Übererregungsbedingungen und ihre Grenzwerte sind aus diesem Grund ausgearbeitet. Die gemessene Magnetisierungskurve veranschaulicht die Einschränkungen der Nennbetriebsflussdichte. Die Messungen zeigen auch die Abweichung einer Verlustberechnung von den Messergebnissen. Darüber hinaus wird die Kernquerschnittsfläche eines Eisenkerns optimiert und das Kosteneinsparungspotential gezeigt. Zudem wird dieser Kern mit alternativen Kernverlustberechnungen analysiert. Die Erkenntnisse aus dieser Untersuchung können zur Optimierung der Nennbetriebsflussdichte angewendet und darüber hinaus die gezeigten Ansätze alternativer Kernverlustberechnungen für weitere Analysen und Verlustoptimierungen genutzt werden.
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.
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.
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.
Kunden der Maschinen- und Anlagenbauindustrie erwarten sich immer kürzere Lieferzeiten in Kombination mit qualitativ hochwertigen Produkten, wie auch eine vollständige und korrekte Dokumentation. ANDRITZ geht bei nahezu jeder verkauften Maschine- oder Anlage auf die Bedürfnisse und Wünsche der Kunden ein. Aus diesem Grund entsteht eine sehr flexible Produktpalette. Um den Wunsch nach kürzeren Lieferzeiten in Kombination mit der flexiblen Produktpalette erfüllen zu können, muss der Planungsprozess adaptiert werden. Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Entwicklung einer Software zur Automatisierung des Planungsprozesses von modularisierten Anlagen und die daraus resultierende Verkürzung der Lieferzeit. Der erste Teil der praktischen Arbeit befasst sich mit der systematischen Entwicklung und Testung dieser Software. Um garantieren zu können, dass die neue Software Metris Engineering Configurator den Wünschen der Interessensvertreter entspricht, werden unter anderem modellbasierte Vorgehensweisen angewandt. Im zweiten Teil wird eine Filterpressenanlage vollständig standardisiert, modularisiert und für den Einsatz des Metris Engineering Configurators vorbereitet. Im letzten Teil werden die Vorteile der neuen Software an der automatisierten Erstellung der prozess- und automatisierungstechnischen Dokumentation einer Filterpressenanlage aufgezeigt. Durch den Einsatz des Metris Engineering Configurators kann die Durchlaufzeit und somit auch die Lieferzeit einer Anlage signifikant verringert werden kann. Folglich können auch die Kosten für die Planung reduziert werden. Aufgrund des automatisierten Planungsprozesses kann zudem eine qualitativ hochwertige Anlagendokumentation garantiert werden. Die Software wurde im Unternehmen eingeführt und kann von allen Mitarbeitern verwendet werden. Die Tests haben gezeigt, dass der Metris Engineering Configurator in Zukunft für unterschiedliche Anlagen und Ausrüstungen zum Einsatz kommen kann. Zwei Updates für die Erweiterung der Software werden in dieser Masterarbeit bereits behandelt.
Der Trend der Zeit zeigt eine stetige Weiterentwicklung in der Legehennenhaltung. Diese ist mit Herausforderungen verbunden, die der Landwirt zu bewältigen hat, um den wirtschaftlichen Erfolg seines Betriebes nachhaltig zu sichern. Hierzu zählt einerseits die Effizienzsteigerung des Betriebes durch die Überwachung der Legeleistung, sowie den Schutz der Legehennen vor Raubtieren. Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Evaluierung verschiedener Konzepte für eine automatisierte Erfassung der Legeleistung und Zutrittsüberwachung bei geschlossener Auslauföffnung, um das Huhn vor Raubtieren zu schützen. Zunächst werden Methoden zur Identifikation von Legehennen erläutert und auf deren Eignung geprüft. Diese basieren auf zwei grundlegenden Technologien. Mit Hilfe der RFID (Radio Frequency Identification) Technologie, als auch mittels Bildverarbeitung werden die Legehennen identifiziert. Daraus folgend werden Konzepte zur Realisierung erarbeitet und bewertet. Nach Auswahl geeigneter Konzepte werden diese in einem Versuchsaufbau getestet. Bei der Umsetzung mittels RFID wird ein System im Frequenzbereich von 125 kHz gewählt. Im Bereich der Bildverarbeitung wird die Umsetzung mit der Entwicklungsumgebung HDevelop von HALCON realisiert. Das Ergebnis der Versuchsaufbauten zeigen mögliche Lösungswege auf und machen die Schwierigkeiten und Herausforderungen der Technologien sichtbar.