Automatisierungstechnik-Wirtschaft
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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.
Webshop to Machine
(2017)
Die vertikale Integration von Geschäftsprozessen ist ein wesentlicher Bestandteil der Idee Industrie 4.0. Der Datenaustausch innerhalb des Unternehmens kann durch Enterprise Resource Planning (ERP) und Manufacturing Execution Systeme (MES) unterstützt werden. Diese Systeme bieten eine hohe Flexibilität und können eine Vielzahl von Daten verarbeiten, ihre Umsetzung und die spezifische Anpassung sind jedoch mit einem erheblichen wirtschaftlichen Aufwand verbunden. Dies ist vor allem für kleine und kleine Unternehmen eine große Herausforderung. Ziel dieser Masterarbeit ist es, Konzepte für ein flexibles und sicheres System zu erarbeiten, das einen Datentransfer zwischen verteilten Produktionsanlagen und einem Webshop ermöglicht. Dieses System sollte eine automatische Abwicklung von Aufträgen in einem Online-Shop ermöglichen. Zusätzlich soll eine weitere Website für den Betreiber die Überwachungsdaten der Anlagen zur Kontrolle und Optimierung des Herstellungsprozesses zur Verfügung stellen. Zuerst wurde der Beitrag der Idee, Webanwendungen mit der Produktion zu verknüpfen, in Bezug auf die Industrie 4.0 umrissen. Im theoretischen Teil wurden die Gestaltung von Webanwendungen und die Möglichkeiten einer Kommunikation mit der Steuerung der Produktionsanlagen untersucht. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden mögliche Bedrohungsszenarien skizziert und mögliche Gestaltungsvarianten für die Systemarchitektur entworfen. Nach der Auswertung dieser Konzepte wurde das Projekt als Prototyp realisiert und an einer Produktionsanlage getestet. Das ausgeführte System sorgt für einen sicheren Datenaustausch mit Web-Applikationen und ist besonders einfach in bestehende Systeme zu integrieren. Darüber hinaus ermöglicht es eine automatische Abwicklung der Aufträge im Online-Shop und eine Datenüberwachung für den Betreiber. Es bietet eine wirtschaftlich attraktive, kleine Alternative zu bestehenden MES- oder ERP-Systemen. Basierend auf diesen Ergebnissen sind weitere Langzeitversuche erforderlich, um die höhere Leistung aufgrund der automatischen Auftragsabarbeitung zu bestätigen und weitere Verbesserungen am Prototypen vorzunehmen.
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.
Diese Masterarbeit untersucht, wie Wasserstoff zur Lösung eines der letzten verbleibenden Probleme der Energiewende beitragen kann. Die verstärkte Nutzung von volatilen erneuerbaren Energiequellen stellt für die konventionelle Energieversorgungsstruktur eine große Herausforderung dar. Eine Versorgung mit ausschließlich erneuerbaren Energien wird nur möglich sein, wenn man eine geeignete und wirtschaftlich vertretbare Methode findet, die unstetig erzeugte Energie sowohl kurz- als auch langfristig speichern kann. Um Eigenheime mit der eigenen Photovoltaikanlage auch nachts ohne Sonneneinstrahlung versorgen zu können, benötigt es geeignete Speicherlösungen. Derzeit am Markt erhältliche Batteriesysteme sind aufgrund ihrer hohen spezifischen Kosten nicht für die Langzeitspeicherung geeignet. Beim energiewirtschaftlichen Konzept Power-to-gas wird aus überschüssigem Solarstrom mittels Elektrolyse Wasserstoff hergestellt. Dieser kann unter hohem Druck über lange Zeiträume gespeichert werden. Bei Bedarf wird die im Gas gespeicherte chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt. Mit den dafür notwendigen Technologien setzt sich diese Masterarbeit auseinander. Im ersten Schritt werden die Grundlagen der konventionellen Energieversorgung und der erneuerbaren Energien, sowie die physikalischen und physiologischen Eigenschaften von Wasserstoff erläutert. Neben unterschiedlichen Wasserstoffherstellungsverfahren und Möglichkeiten für dessen Speicherung, werden Technologien zur Rückverstromung auf deren Tauglichkeit für den Einsatz in einem Speichersystem untersucht. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen, wird schließlich ein Konzept eines Speichersystems auf Wasserstoffbasis vorgestellt. Des Weiteren werden anhand einer Simulation mit realen Solarstrahlungsdaten, sowie typischer Haushaltslastverläufen, das Verhalten und die Auswirkungen unterschiedlicher Systemkonfigurationen auf Kenngrößen wie Autarkiegrad und Eigenverbrauchsanteil näher untersucht. Abschließend geben Kalkulationen Aufschluss darüber, ob ein wirtschaftlicher Betrieb zu erwarten ist.
Als Virtual Reality wird eine Computertechnologie von künstlich geschaffenen Welten, Produkten, Anwendungen, Fähigkeiten und Fertigkeiten bezeichnet. Sie ermöglicht dem Anwender sich in eine virtuelle Welt mit der Hilfe von Virtual Reality-Brillen zu teleportieren, in der er sich nahezu frei darin bewegen kann. Der Anwender nimmt durch die Virtual-Reality Brille seine reale Umgebung nicht mehr wahr und taucht in eine unglaublich real erscheinende immersive virtuelle Welt ein. Die FH CAMPUS 02 plant ihr gesamtes Elektro-Energietechnik-Labor als virtuellen digitalen Zwilling abzubilden. Diese Abbildung soll dann das Gleiche ausführen, wie das Labor in der realen Welt dazu in der Lage ist. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, eine Schnittstelle über zwei Hochsprachen in C++ und C# zu entwickeln die es dem Anwender ermöglicht zwischen der realen und der virtuellen Welt wechselweise zu kommunizieren. Das Ergebnis dieser Masterarbeit ist das Programmieren einer seriellen Schnittstelle die ein Arduino Board, mit einem angeschlossenen Sensor, der die Luftfeuchtigkeit und Temperatur zyklisch ermittelt und die Werte über einen Mikrocontroller speichert, mit Unity 3D 2018 sowie Modbus-TCP verbindet. In dieser Spiele-Engine sowie über Modbus-TCP werden die Ergebnisse in analoger und digitaler Form virtuell ausgegeben und visualisiert. Über eine einfache Schaltung werden, über ein selbst hergestelltes LEDBoard für Demonstrations- und Testzwecke, die Abläufe dargestellt. Die größte Herausforderung der Umsetzung dieser seriellen Schnittstelle stellt dabei dar, dass es dafür bisher keine wissenschaftlichen Ansätze gibt.
Virtuelle Modelle technischer Systeme haben den Entwicklungsprozess in den letzten zwei Jahrzehnten maßgeblich beeinflusst. Insbesondere die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) erlaubt es, das Verhalten von Schüttgütern zu simulieren und ermöglicht eine effektivere Art der Entwicklung und Erprobung von Maschinen und Systemen. Die Firma Komptech GmbH entwickelt Maschinen, die unter anderem Kompost verarbeiten, und konzentriert sich auf deren konsequente Optimierung. Mit dieser Masterarbeit wird das Ziel verfolgt, durch die Modellierung des Siebprozesses eines Trommelsiebes auf Basis der DEM, einen Wandel vom traditionellen Trial-and-Error-Konzept in der Maschinenentwicklung, hin zu einem neuen virtuellen Verfahren zu realisieren. Zunächst wird der Kompost hinsichtlich Partikelgrößen und dessen enthaltenen Materialien empirisch untersucht. Basierend auf den ausgewerteten Daten wird ein mathematisches Modell erstellt, das das Fließverhalten des Komposts darstellt. Darüber hinaus werden reale Experimente mit dem Kompost durchgeführt, um diese Materialmodelle zu kalibrieren. Zusätzlich wird eine Simulation des gesamten Siebprozesses des Trommelsiebes dargestellt. Die Qualität dieser virtuellen Nachbildung ergibt ein überaus realistisches Abbild der Realität, was durch Vergleiche mit einem Versuch der Realmaschine bestätigt wird. Basierend auf diesem Ergebnis werden Optimierungen hinsichtlich Durchsatz und Siebqualität dieser Maschine erarbeitet. Weitere virtuelle Analysen werden durchgeführt, um einerseits Verunreinigungen im Kompost, wie etwa Plastikfolien, sowie das Verschleißverhalten der Siebtrommel zu simulieren. Die Ergebnisse zeigen, dass virtuelle Modelle tiefgreifende Analysen ermöglichen, die mit realen Tests nicht möglich wären. Darüber hinaus zeigt sich, dass die virtuelle Modellbildung, insbesondere die DEM, entscheidend für die Entwicklung von Maschinen bei der Komptech GmbH ist, wodurch dem Unternehmen einen entscheidenden Vorteil bei der Maschinenoptimierung geschaffen wird.
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.
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.
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.
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.