Automatisierungstechnik-Wirtschaft
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Datenerfassung für Big Data
(2021)
Big Data und Industrie 4.0 sind Schlagwörter, die in der Automatisierung omnipräsent geworden sind. Mit dem immer größer werdenden Angebot von Cloudanwendungen und einer schleichenden Abkehr der Grundeinstellung, dass sämtliche Daten im Unternehmen gespeichert werden müssen, tut sich eine Vielzahl von Möglichkeiten in der Automatisierungstechnik auf. Diese neuen Technologien, für künstliche Intelligenz oder Predictive-Maintenance, benötigen Daten, um ihre Aufgaben auszuführen, haben aber meist keine Werkzeuge für die Datenerfassung. Durch die langen Laufzeiten für Anlagen (> 20 Jahre) in der Automatisierungstechnik kann es bei Nachrüstungen zu Problemen kommen. In der Feldebene, der untersten Schicht in der Automatisierungstechnik, findet sich eine große Anzahl von Protokollen, die nicht in jeder neuen Technologie verfügbar sind. Genau an diesem Problem knüpft diese Arbeit an und es wird ein System entwickelt, welches von verschiedenen Protokollen Daten erfassen und diese an unterschiedliche Online-Datenbanken transferieren kann. In dieser Arbeit sollen wichtige Aspekte für ein solches System erörtert werden. Eingangs gibt der theoretische Teil einen Themenaufriss zur Industriellen Kommunikation. Genaueres Augenmerk wird auf eine sichere Datenübertragung gelegt, denn bei der Übertragung an Online-Datenbanken muss die Kommunikation verschlüsselt erfolgen. Es wird aber auch generelles Cloudcomputing behandelt, wobei der Fokus auf Online-Datenbanken und den Datenbankmodellen liegt. Das zu realisierende System soll so aufgebaut werden, dass zukünftig andere Protokolle für die Datenerfassung oder neue Online-Datenbank-Anbindungen hinzugefügt werden können. Im praktischen Teil wird das System, unter Berücksichtigung der erarbeiteten Resultate, umgesetzt und auf die Tauglichkeit in der Industrie untersucht.
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.
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.
Industrielle Steuerungssysteme und somit die Operational Technology (OT) werden immer verletzlichere Angriffsziele. Da Industrieanlagen, ebenso Tunnelanlagen, größtenteils mit der Office-IT vernetzt sind und häufig auch eine Verbindung zum Internet aufweisen, besteht ein Fernzugriff, der ausgenutzt werden kann. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass ein Eindringen über die physischen Schnittstellen stattfindet. Daher müssen für einen gesamtheitlichen Schutz entsprechende OT-Security-Prozesse angewendet werden. Das Ziel dieser Arbeit ist die Verbesserung der zurzeit von der Dürr Austria GmbH verwendeten OT-Security-Prozesse in Tunnelsteuerungssystemen. Dazu werden die Informationssicherheit, mögliche Attacken und Angreifer*innen, sowie anwendbare Normen und Standards evaluiert. Der Fokus liegt dabei auf der IEC 62443, der Norm für die IT-Sicherheit für Netze und Systeme. Die zurzeit angewendeten OT-Security-Prozesse werden definiert und darauf aufbauend Optimierungen aus den anwendbaren Teilen der IEC 62443 analysiert. Weitere Security-Maßnahmen werden mithilfe von ergänzenden Standards erforscht. Als Resultat werden die gefundenen Verbesserungsmaßnahmen zusammengeführt, um eine Integration in die Prozesse zu ermöglichen. Auf dieser gesamtheitlichen Basis wird das Defense-in-Depth-Modell definiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden in den bestehenden Informationssicherheitsprozess des Unternehmens betreffend der Tunnelsteuerungssysteme integriert.
Erstellung einer bedarfsorientierten Datenbanklösung zur Asset-Verwaltung im Life Cycle Management
(2021)
Jeder Betreiber einer kritischen Infrastruktur muss gemäß der europäischen Richtlinie zur Netz- und Informationssicherheit (NIS) sicherstellen, dass alle Anlagen stets auf dem neuesten Stand der Technik sind. Die Dürr Austria GmbH erfüllt und befolgt die NIS-Richtlinie für ihren Auftraggeber, der für die kritische Infrastruktur von Tunneln in Österreich verantwortlich ist. Die Verwaltung aller in einem Tunnel verbauten Assets ist umfangreich und eine lückenlose Dokumentation sämtlicher sicherheitsrelevanten Maßnahmen ist essenziell. Ziel dieser Masterarbeit war es, eine geeignete und individuelle Datenbanklösung zur Verwaltung dieser Assets zu entwickeln. Basierend auf umfangreichen Recherchen zu Asset-Management, Datenmanagement und möglichen Datenbanklösungen, wurde die optimale Lösung für das Unternehmen ermittelt und ein User Interface Mock-up des Prototyps, unter Berücksichtigung der Vorgaben für die Visualisierung, erstellt. Dieser Prototyp veranschaulicht die grafische Benutzeroberfläche der zukünftigen Datenbank und demonstriert ihre Funktionalitäten. Die Ergebnisse zeigen, dass der Ansatz praktisch anwendbar und umsetzbar ist und die Implementierung der Datenbank im Unternehmen möglich ist. Basierend auf allen Ergebnissen dieser Masterarbeit wird die Datenbank in naher Zukunft programmiert und im Unternehmen eingeführt.
Ein stetig steigender Flexibilitätsgrad von Automatisierungsanlagen bringt häufig Problemstellungen bei der Realisierung dieser Anlagen mit sich. Grund hierfür sind häufig komplexe Wirkmechanismen oder eine nicht anwenderfreundliche Nutzung aller inkludierten Komponenten. Die Verwendung des Digitalen Zwillings und dessen Vorteile, wie die virtuelle Inbetriebnahme, sind daher für flexible Automatisierungssysteme nur mit erhöhtem Aufwand zu entwickeln bzw. einzubinden. Das Ziel der Masterarbeit ist es das komplexe Ineinanderwirken von Komponenten anhand eines praktischen Anwendungsfalles aufzuzeigen und mittels Konzeptmodell und anschließender Ausarbeitung Lösungsansätze zu generieren, um den vorteilhaften Nutzen eines zu erstellenden Digitalen Zwillings zu ermöglichen. Um das Ziel zu erreichen, erfolgte eine konzeptionelle Ausarbeitung einer Systemarchitektur aller inkludierten Komponenten, die Entwicklung eines Prozessmodells und die praktische Umsetzung des Gesamtsystems bestehend aus einem Roboter, Steuerungskomponenten und dem dazugehörigen Digitalen Zwilling. Das Resultat der praktischen Ausarbeitung zeigt, dass der Digitale Zwilling von flexiblen Prozessen Vorteile wie die virtuelle Inbetriebnahme, die Reduktion von Stillstandszeiten, und ein erhöhtes Maß an Benutzerfreundlichkeit mit sich bringt.
Implementierung eines Mess- und Protokollsystems einer AC Wandladestation für Elektrofahrzeuge
(2021)
Elektrofahrzeuge (EVs) sind auf gutem Weg, der zukünftige Standard im Transportwesen zu werden. Das Energy Analytics and Solution Lab (EAS-Lab) an der FH Campus 02 bietet Möglichkeiten zum Laden von Elektrofahrzeugen über Wandladestationen. Das EAS-Lab ist als ein Netzwerk von Geräten zu sehen, welche Energie erzeugen, analysieren und verbrauchen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Wandladestationen an das EAS-Lab-Netzwerk anzubinden und ein Mess- und Protokollierungs-System in Hard- und Software zu implementieren. Des Weiteren werden die gesammelten Daten zur Energieanalyse im Ladeprozess genutzt. Es werden die Möglichkeiten der Impedanzanalyse und der Zustandsbewertung (State of Health/SoH) von Fahrzeugbatterien erforscht. Für die Messungen wird ein Siemens PAC2200 Smart Meter gewählt, der über Modbus TCP mit dem EASLab verbunden wird. Zusätzlich wird eine Windows Presentation Foundation (WPF) Benutzeroberfläche entwickelt, um den Modbus-Datenverkehr zu verarbeiten und die Ladedaten zu visualisieren. Das Programm wird mit einer SQL-Datenbank verbunden, welche spezifische Informationen über die Benutzenden und deren Ladedaten auf zyklischer Basis speichert. Zwei Messzyklen werden mit einem Elektrofahrzeug durchgeführt, um das Programm zu validieren. Die Verbindungen zu den Wallboxen und dem Smart Meter werden erfolgreich hergestellt, und das Programm wird implementiert. Auf Grundlage der gewonnenen Daten wird für beide Messzyklen eine Impedanzanalyse durchgeführt. Die gespeicherten batteriespezifischen Daten, welche über Modbus gesammelt werden, reichen nicht aus, um eine Abschätzung des SoH der Fahrzeugbatterie vorzunehmen. Das System bietet jedoch die Möglichkeit, das Ladeleistungsverhalten in Langzeitmessungen zu untersuchen. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit gezeigt, wie ein Energiemess- und Protokollierungs-System in einer Laborumgebung implementiert wird. Damit stehen für zukünftige Studierende an der FH Campus 02 zusätzliche Messmöglichkeiten im EAS-Labor zur Verfügung. Diese Arbeit kann als Grundlage für weitere Forschungen sowie als Referenz für zusätzliche SoH Abschätzungen betrachtet werden.
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.
Das Unternehmen IGT Austria GmbH entwickelt vorwiegend Softwarelösungen für Glücksspielautomaten in regulierten Märkten weltweit. In einigen dieser Märkte spielt konventionelle Münzverarbeitung eine zentrale Rolle. Somit ist es im Rahmen von Softwareentwicklungsprozessen unumgänglich Tests in Verbindung mit dem automatisierten Münzverarbeitungssystem durchzuführen. Schwierigkeiten ergeben sich in diesem Kontext vor allem in Anbetracht der länderspezifischen Währungen, weil es an Testmünzen oder passenden Bezahlsystemkomponenten fehlt. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich daher mit der Systementwicklung eines Emulators, der die grundsätzliche Funktionsweise realer Komponenten des Münzverarbeitungssystems nachbildet. In dieser Intention wird zunächst das Gesamtsystem der automatisierten Münzverarbeitung sowie die Funktionsweise und Interaktion der Einzelkomponenten analysiert. Unter Berücksichtigung der Grundsätze und Methodiken des Requirements-Engineering werden anschließend konkrete Anforderungen an den zu entwickelnden Emulator ermittelt und dokumentiert. Die Anforderungsspezifikation dient als Ausgangspunkt für konzeptuelle Überlegungen in Bezug auf die Umsetzung. Resultierend aus diesen Überlegungen wird eine geeignete Zielplattform definiert sowie eine Softwarearchitektur entworfen, die durch Erweiterbarkeit und Wartungsfreundlichkeit überzeugt. Nach anschließender Implementierung der Architektur auf Basis plattformübergreifender Entwicklungsansätze, wird der finale Prototyp des Emulators unterschiedlichen Funktionstests unterzogen und evaluiert. Die Tests haben gezeigt, dass der Prototyp funktioniert und die grundlegenden Funktionen erfüllt, allerdings noch weitere Evaluierungen in Richtung Plattform-Abhängigkeit der Software durchzuführen sind.
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.