Automatisierungstechnik-Wirtschaft
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Diese Masterarbeit befasst sich mit smarten, intelligenten Sensoren, Aktoren oder Hybridgeräten in der Automatisierungstechnik, die bedingt durch ihre Intelligenz zusätzliche Daten neben den eigentlichen Prozessdaten generieren. Erst die in den Geräten integrierte intelligente Schnittstelle über IO-Link macht die Kommunikation in die unterste Ebene der Automatisierungspyramide realisierbar und ermöglicht den Transport der Daten. Eine detaillierte Betrachtung der Technik der IO-Link-Schnittstelle und der Möglichkeiten von IO-Link in der Automatisierungstechnik lieferte beim Aufbau der Kommunikation und bei der Nutzung der zusätzlichen Parameter- und Diagnosedaten das notwendige Knowhow für die azyklische Kommunikation mit dem IO-Link-Device. Eine Analyse der zur Verfügung gestellten Daten und Möglichkeiten dieser Geräte von unterschiedlichen Herstellern für die unterschiedlichsten Anwendungen gewährt einen kleinen Einblick in den Horizont von IO-Link Devices und zeigt einen derzeitigen Auszug der am Markt verfügbaren Technik. Dabei stellen die Geräte abhängig vom Verwendungszweck und der Auswahl der Type unterschiedliche Variationen von Datensätzen zur Verfügung. Die Verarbeitung kann, ähnlich der Prozessdaten in der Steuerung, in dieser, oder in übergeordneten Side-Systemen erfolgen. Diese sollen ganz nach dem Motto der Industrie 4.0 den Y-Way zur Cloud realisieren und eine Grundlage für Analysen zur Verwendung wie in Folge von Predictive Maintenance beisteuern. Eine Betrachtung der einzelnen Softwaresysteme der einzelnen Hersteller zeigte eine Unabhängigkeit zu den IO-Link Geräten, jedoch aber eine teilweise Einschränkung durch die übergeordneten Schnittstellen der Mastersysteme der IO-Link Kommunikation. Die Tests dieser Systeme zeigten das Potenzial der Zusatzdaten und Prozessdaten der intelligenten IO-Link Devices und führten bedingt durch die Lizenzkosten zur Entwicklung des Gedankens an eine Low-Cost Variante eines ähnlichen Systems durch OpenSource-Softwaretools in Verbindung mit der Nutzung der IoT-Protokolle im Hintergrund der übergeordneten Systeme. Die Kurzzeittests des entwickelten Systems brachten positive Ergebnisse mit einem spannenden Ausblick für die Nutzung in Langzeittests – mit geeigneten Analysen zur Unterstützung in der Instandhaltung im Hinblick auf die dadurch erzielbare Steigerung der Anlagenverfügbarkeit.