Automatisierungstechnik-Wirtschaft
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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.
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.
Sprachassistenten sind Systeme, welche auf Sprachbefehle reagieren und im Anschluss daran gewisse Aktionen ausführen. Sie sind Teil eines aktuellen Trends, welcher vor allem durch die künstliche Intelligenz geprägt ist. In Fachkreisen werden intelligente Sprachassistenten als Vorboten der 5. industriellen Revolution gesehen, weshalb schon heute der Funktionsumfang und die möglichen Einsatzbereiche evaluiert werden müssen, um durch den richtigen Einsatz von intelligenten digitalen Assistenten (IDA) einen Wettbewerbsvorteil zu generieren. Bei der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit soll festgestellt werden, ob es möglich bzw. inwieweit es sinnvoll ist, durch den Einsatz von IDAs, wie beispielsweise Amazons Alexa oder Googles Assistant, Anlagen in der Industrie teilweise oder zur Gänze durch Sprachbefehle zu steuern. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit soll eine Einbindung von Sprachassistenten in das bestehende Gebäudeleitsystem der Firma Isovoltaic AG, einem Hersteller von technischen Kunststoffverbundfolien für die Photovoltaikindustrie, und somit eine Sprachsteuerung von Teilbereichen der Infrastruktur, wie beispielsweise der Beleuchtung, Kühlung, Heizung und Lüftung, ermöglicht werden. Diese Schalthandlungen sind derzeit nur über die Visualisierung der Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) Software Cimplicity (Version 8.2) möglich. Hierfür wurden die bekanntesten Sprachassistenten eingehend untersucht und gegenübergestellt. Das am besten geeignete System für den industriellen Einsatz konnte anschließend durch Versuchsaufbauten und Messungen eruiert werden. Dabei konnte nur der Sprachassistent von Google zur Gänze überzeugen, da dieser, im Vergleich zu Amazons Alexa, die Sprachbefehle der Benutzer sehr viel besser und genauer erkannte. Durch die Realisierung dieses Projekts wurde einerseits der Beweis erbracht, dass Sprachassistenten in der Industrie eingesetzt werden können, andererseits konnte durch die Implementierung der IDAs in das bestehende Gebäudeleitsystem der Firma Isovoltaic AG die Bedienung einiger Infrastrukturanlagen erleichtert und somit eine Zeitersparnis bei Schalthandlungen erreicht werden.
Moderne Zeiterfassungssysteme sind in Zeiten von höher werdenden Leistungsansprüchen in der Arbeitswelt für Unternehmen ein unumgängliches Muss zur Bereitstellung von transparenten und personenzugeordneten Informationen über die MitarbeiterInnen geworden. Mehrfach-Ausführungen durch verschiedene Systeme im Unternehmen und nicht personell relevant angezeigte Inhalte führen für jede firmenangehörige Person zu überhöhtem Zeitaufwand bei der Informationssuche bezüglich Projektstatus, Terminverzüge, diversen Restzeiten für Tätigkeiten oder Ähnliches. Ein bereits bei Arbeitsbeginn automatisiertes Bereitstellen von personenbezogenen Inhalten und wissenswerten Neuerungen erhöht die Eigenverantwortung und ermöglicht ein damit verbundenes eigenständiges Controlling durch die MitarbeiterInnen selbst. Die Erstellung eines Prototyps für die Umsetzung eines modernen Erfassungssystems mit zusätzlicher personalisierter Informationsgestaltung und die mögliche Anbindung an bestehende Systeme, stehen unter Berücksichtigung sämtlicher Aspekte hinsichtlich Datenschutz, Arbeitsrecht und Bereitstellung personenbezogenen Daten in Zusammenhang mit der Betriebsgröße im Fokus dieser Arbeit. Neben der berührungslosen Identifikation anhand einer Gesichtserkennung wird die Verknüpfung von personenbezogenen Projektinformationen mit Arbeitszeitaufzeichnungen automatisiert, um eine Vereinfachung und Reduzierung der zuvor manuell getätigten Aufwände zu ermöglichen. Durch einen Testbetrieb des Prototyps ergeben sich wertvolle Daten zur Ermittlung des möglichen zeitlichen Einsparungspotenziales von im Unternehmen tätigen Personen und ermöglicht somit die wirtschaftliche Betrachtung des realisierten Systems.
Der Trend zur Produktion in hoher Stückzahl, weltweiter Verfügbarkeit und dass Einführen neuer „smarter“ Artikel nimmt stetig zu. Deswegen sind Hersteller darauf bedacht ein Qualitätssiegel zu erteilen, welches Marktteilnehmer die Entwicklung erschwert und das Aufholen des Vorsprunges verlängert. Dies erfordert jedoch Prüfmethoden der hergestellten Artikel, die zuverlässig und abgestimmt auf die jeweiligen Produkte sind. Aus diesem Grund werden sehr oft maßgeschneiderte Prüfmaschinen, die den Richtlinien der Hersteller entsprechen, konstruiert und integriert. Das Einbringen solcher Methoden lässt Fehler direkt in dem Herstellungsprozess erkennen und mindert den möglichen Schaden der dadurch entstehen kann. In dieser Arbeit wird eine Methode zur Überprüfung der Qualität des Materials sowie den zusammengesetzten Komponenten von elektronischen Preisschildern beschrieben und mit dem Aufbau eines Prototyps nachgewiesen. Zur Realisierung, um die Durchführung eines Falltests zu ermöglichen, ist ein Prüfgerät konzeptioniert und konstruiert, welches für diese Art Produkt auf dem aktuellen Markt nicht existiert. Der Aufbau dieses Prototyps ist im Detail beschrieben und im Zuge einer Inbetriebnahme auf Funktionalität überprüft. Um den Nachweis der erfolgreichen Umsetzung der Konstruktion zu erbringen, wird der Testlauf einer Hochgeschwindigkeitsaufnahme unterzogen. Die Anforderungen werden vom Hersteller klar definiert und sind in die Arbeit mit eingeflossen.
This master thesis explores the technological fundamentals of lighting networks, represented by wired and wireless communication principles. Amongst the first considerations, linked to lighting control systems is the question of why to have it, therefore the first chapter focuses on the numerous advantages and possibilities which are provided by the use of smart lighting. Presence detection, brightness control loops or colour temperature adjustments are only some of the helpful enrichments users and facility managers benefit from. To determine the further benefits of smart lighting systems, and far more important, to enable troubleshooting, a certain amount of background knowledge regarding signal transmission and wired networks is required. The past five years have shown a significantly increasing demand for wireless lighting systems. As a result, a huge number of proprietarily as well as standardized technologies have entered the market leading to an uncontrolled growth. This thesis enlightens a selection of promising wireless technologies and the main leading wired lighting control protocol for professional lighting: DMX. The high frequency field bus DMX is an area, which has frequently caused communication issues. The relatively high sensitivity for disturbances increases the probability for issues on commissioning due to constantly changing environmental influences. The aim of this thesis is to elaborate the impact of certain influences on the network, such as electromagnetic interferences or suboptimal electrical installation. A compact catalogue of executed tests and a summary of recommendations regarding installation, commissioning and the entire electrical surrounding of lighting networks is an appreciated outcome.
Die Sicherstellung dauerhafter Verfügbarkeit von produktionsnahen Servern ist für betroffene Firmen eine zunehmende Herausforderung. Bei einem Ausfall, sei er auch nicht von langer Dauer, kommt es bereits zu erheblichen zeitlichen Verzögerungen. Schwerwiegender sind allerdings die monetären Verluste, die durch unzureichende Überwachung der Server entstehen können. Aus diesem Grund liegt ein großes Augenmerk dieser Arbeit auf der Evaluierung und Einführung einer geeigneten Remote-Monitoring-Software für Produktionsdaten-Server, welche sich bei Lohnfertigern der Firma LOGICDATA befinden. Dabei wurden verschiedene Lösungen in einer Testumgebung untersucht und miteinander verglichen. Die zuvor definierten Kriterien wurden von zwei Software-Lösungen weitestgehend erfüllt, welche in der Arbeit detaillierter beschrieben werden. Da die betroffenen Server örtlich verteilt sind, muss auch eine sichere Übertragung der Überwachungsdaten gewährleistet sein. Infolgedessen wurde zusätzlich die bestehende VPN-Verbindung zu den Lohnfertiger-Servern untersucht und mit anderen Lösungen bzw. Protokollen verglichen. Eine mögliche Änderungsempfehlung wurde im Zuge dieser Masterarbeit entworfen, die allerdings gezeigt hat, dass die derzeit eingesetzte Lösung in diesem Anwendungsbereich durchaus Angriffe von außen verhindern kann. Nach dem Evaluierungsprozess in der Testumgebung wurden die ausgewählten Monitoring-Tools auf den tatsächlich eingesetzten Produktionsdaten-Servern erprobt. Die Überwachungsmöglichkeiten werden in Zukunft das Risiko eines Ausfalls bzw. auch die finanziellen Auswirkungen eines solchen für die Firma LOGICDATA minimieren.
Kamerasensoren werden in der heutigen Zeit nicht nur für Fotoapparate verwendet, sondern sind in einer Vielzahl von Smart-Devices, zum Beispiel Smartphones, Tablets und Smartwatches verbaut. Diese Vielzahl an Bildverarbeitungssensoren legt eine Verwendung neben den ersichtlichen Aufgabengebieten wie Foto- und Video-Anwendungen nahe. So kann mithilfe einer entsprechenden Softwareanwendung Bildverarbeitung, Textverarbeitung, das Lesen von Barcodes oder Gesichtserkennung durchgeführt werden. Ziel der Arbeit ist es den Energieverbrauch von Kameramodulen, die mithilfe eines Mikrocontrollers angesteuert werden, zu senken und energieverbrauchende Faktoren aufzuzeigen. Um dies zu realisieren wurde ein Überblick über den Zusammenhang von Funktion, Auflösung, Framerate und Energieverbrauch von mehreren Kameramodulen erstellt und die Ansteuerungssoftware für die Module adaptiert. Das Resultat der Arbeit zeigt einen eindeutigen Zusammenhang des Energieverbrauchs der Kameramodule mit den gelieferten Bildraten und einen messbaren aber nicht markanten Zusammenhang zwischen den einzelnen Auflösungen wie QQVGA, QVGA und VGA. Aufgrund fallender Preise und der steigenden Anzahl an verbauten Kameramodulen werden Bildauswertungen immer häufiger zum Einsatz kommen. Die Einbindung solcher Kameramodule als LowPower-Applikation mit einer durchgehenden Bildauswertung ist mit heutigen technischen Mitteln durchaus umsetzbar. Es sollte jedoch bedacht werden, dass die Module durch eine Optimierung der Bildrate und Reduzierung der Bildinformation / Auflösung in entsprechend, energiesparende Zustände versetzt werden müssen.