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Werkstücken mit Hilfe unterschiedlichster Umformtechnologien eine gewünschte Gestalt zu verleihen, ist seit jeher Bestandteil technischer Prozesse. Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines spezifischen Werkzeuges zum Richten von Drahtstiften und in weiterer Folge mit der Konstruktion eines Prototyps. Insbesondere der Prozess vom zunächst vollständig von Hand durchgeführten bis hin zum automatisierten Arbeitsvorgang steht im Mittelpunkt der Untersuchung. Das Geraderichten von verbogenen Metallstiften stellt dabei die konkrete Herausforderung dar. Die vorangehende theoretische Auseinandersetzung beschäftigt sich mit wesentlichen Teilaspekten der Automatisierung von Arbeitsprozessen im Allgemeinen und im Speziellen, was heißt, etwa die Vereinzelung von Stiften, den Richtprozess per se, aber auch die Verpackung der Drahtstifte im Detail zu erörtern. Der Schwerpunkt liegt in einem ersten Schritt dementsprechend auf der Erarbeitung des theoretischen Grundwissens zur nachfolgenden Entwicklung eines Richtwerkzeuges. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden im praktischen Hauptteil divergierende Lösungsmöglichkeiten für die Konstruktion eines Richtwerkzeuges einer eingehenden Prüfung unterzogen. Die potentiell geeignetste Methode zum Richten der Stifte wird daraufhin einer weitreichenden Versuchsreihe unterzogen, wodurch die Basis für die Konstruktion einer optimalen Richtwerkzeuggeometrie gegeben ist. Um dies zu realisieren wurde ein Prototyp entwickelt, der eine genaue Untersuchung des Richtprozess zulässt. Das entstandene Richtwerkzeug sowie der Prototyp fungieren in weiterer Folge als Ausgangspunkt für die Konzeptionierung einer automatischen Drahtstift-Richtmaschine. Bei diesem Konzept wird veranschaulicht, wie in weiterer Folge der Prozess weitestgehend automatisiert werden könnte.
Bereits Ende der Sechzigerjahre begann die Entwicklung der strukturierten Programmierung, welche sich lange Zeit als Programmierstandard darstellte. Mit Beginn der Windows-Ära etablierte sich Ende der Achtzigerjahre zusätzlich die objektorientierte Programmierung. Dieser Schritt führt nun zu einem Paradigmenwechsel im Bereich der Programmierung von Speicher-Programmierbaren-Steuerungen. Einige Systeme wie zum Beispiel CoDeSys unterstützen bereits verschiedene Bereiche der objektorientierten Programmierung. Siemens-Steuerungen hingegen bieten derzeit ohne Zusatzsoft- und Hardware noch keinen direkten Zugang zur objektorientierten Programmierung an. Ziel dieser Arbeit ist es die derzeitigen Möglichkeiten aufzuzeigen, um mit Siemens Steuerungssystemen, vorzugsweise Siemens 1500er Steuerungen, objektorientierte Programmierung abzubilden. Die Grundlage dafür wird durch die Definition der Norm IEC 61131-3:2003 bezüglich der Wiederverwendbarkeit von Funktionsbausteinen sowie auch der Erweiterung der Objektorientierung der IEC 61131-3:2013 geschaffen. Zur Untersuchung werden die Varianten objektorientierte Programmierung mit Funktionsbausteinen sowie die objektorientierte Programmierung mit SCL und Siemens SIMOTION Systemen herangezogen. Anhand einer Evaluierung werden die verschiedenen Methoden gegenübergestellt. Resultierend erscheint die herkömmliche Variante objektorientierte Programmierung mit Funktionsbausteinen als am Besten zur Realisierung eines Steuerungskonzeptes eines Shuttle-Liftes geeignet. Aufbauend auf der gewählten Methode werden Steuerungs- wie auch Visualisierungs-Programmierrichtlinien definiert, somit kann eine bestmögliche Umsetzung des Konzeptes erfolgen. Abschließend werden diese Richtlinien in einer Beispielprogrammierung angewandt um daraus Schlüsse für weitere Entwicklungsschritte ziehen zu können.
In den Luftzerlegungsanlagen der Firma Linde GmbH werden derzeit Anlagenkomponenten mithilfe von Kennzeichnungstafeln identifiziert. Anhand dieser Kennzeichnungstafeln ist bis dato nur eine eindeutige Identifizierung des Geräts an sich möglich. Weitere Details über die Geräte (wie z.B. zugehörige Dokumentation, Schaltpläne, Wartungspläne etc.) sind diesen Kennzeichnungen nicht zu entnehmen. Um in Zukunft Zeit zu sparen und die Wartung zu erleichtern, war es das Ziel dieser Arbeit eine Methode zu finden, welche es ermöglicht die Geräte zu identifizieren und direkt vor Ort weitere Informationen über die Geräte zu erhalten. Dazu wurde untersucht, ob RFID (Radio Frequency Identification) eine geeignete Technologie für die Komponentenkennzeichnung ist. Derzeit wird die RFID Technologie beispielsweise im Bereich der Logistik oder für Zugangskontrollsysteme eingesetzt. RFID Tags werden direkt an Gütern befestigt. Mittels Lesegeräten kann auf die auf dem RFID Tag gespeicherten Daten kontaktlos zugegriffen werden. Nach der Erhebung von möglichen Einflussfaktoren (wie z.B. Materialien der Geräte, Feuchtigkeit, oder elektromagnetische Einflüsse) wurde in Feldversuchen, in der Luftzerlegungsanlage am Standort Graz, überprüft, inwiefern diese einen Einfluss auf die Funktionalität der RFID-Tags haben. Das Ergebnis zeigte, dass die erhobenen Einflussfaktoren keine negativen Auswirkungen auf die Funktionalität und Tauglichkeit der RFID Tags haben und diese daher problemlos eingesetzt werden können. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass sich die NFC-Technologie, welche auf der RFIDTechnologie basiert, sehr gut für einen Einsatz im überprüften industriellen Bereich eignet. Ein großer Vorteil der Technologie ist die einfache Handhabung und die Verfügbarkeit von Lesegeräten (Smartphones). In weiterer Folge werden, in Zusammenarbeit mit der zuständigen Produktionsleitung, Schritte für die Durchführung eines Pilotprojekts geprüft.
Das Unternehmen Schunk Hoffmann Carbon Technology ist Weltmarktführer in der Produktion von elektrisch leitenden Kohlebürsten für Gleichstrommotoren. Die Finalfertigung des Produkts findet auf selbstgebauten Maschinen statt, sogenannten Rundtaktanlagen. Für ein neues Projekt kopiert die Programmierabteilung des Maschinenbaus ein vorhandenes Programm einer Rundtaktanlage und ändert es entsprechend den Bedürfnissen der herzustellenden Anlage ab. Dieses Vorgehen birgt die Gefahr Fehler zu übersehen und sie erst bei der Inbetriebnahme der Maschine zu entdecken. Darüber hinaus ist die Prozedur monoton und beansprucht Zeit, welche der Entwickler anderweitig für das Projekt nutzen könnte. Das Ziel dieser Masterarbeit war es einen Codegenerator zu entwickeln, der automatisiert ein benutzerdefiniertes Grundprogramm für eine Rundtaktanlage erstellt. Ein Generator hat den Vorteil, dass keine Fehler aufgrund des Kopierens alter Anwendungen auftreten und er die zeitaufwendige manuelle Nacharbeit eliminiert. Um eine parametrierbare und wiederverwendbare Vorlage für den Codegenerator zu erhalten, fand eine Analyse der bisherigen Rundtaktanlagen statt. Nachdem die Programmierabteilung die Anwendungen der Anlagen in einer Entwicklungsumgebung der Firma Beckhoff erstellt, wurden Methoden zur automatisierten Erzeugung von Programmcodes für diese Applikation evaluiert. Das Resultat der Masterarbeit ist der Codegenerator Code Monkey. Ein Mitarbeiter der Maschinenbauabteilung erstellt einmalig eine Vorlage für eine Rundtaktanlage. Der Generator bereitet anschließend das Template für den Bediener auf und dieser kann es entsprechend seinen Anforderungen konfigurieren. Aufgrund der frei wählbaren Benutzereingaben ist es dem Generator möglich aus einer Vorlage das Grundprogramm für eine Vielzahl an unterschiedlichen Rundtaktanlage zu erzeugen. Mit der Applikation Code Monkey ist der Maschinenbau der Firma Schunk Hoffmann Carbon Technology zukünftig im Stande Programme für Rundtaktanlagen in nur wenigen Schritten generieren zu lassen und gleichzeitig die Entwicklungszeiten für neue Anlagen zu reduzieren.
In der Automobilindustrie gibt es unzählige Anwendungen, bei denen Industrieroboter Aufgaben eines Fertigungsprozesses übernehmen. Für die Erstellung und Anpassung von Roboterprogrammen sind Techniker erforderlich, die Erfahrung im Umgang mit Robotersteuerungen von unterschiedlichen Lieferanten haben. Zusätzlich sind spezielle Softwarepakete für die Roboterprogrammentwicklung ebenfalls erforderlich. Ziel ist es, ein Software-Tool zu erstellen, mit dem ohne spezieller Grundkenntnisse in der Roboterprogrammierung Anpassungen an Roboterprogrammen getätigt werden können. Ein zusätzliches Ziel ist es, die Änderungszeit dieser Programme zu verringern. Das Softwaretool enthält intuitive Funktionen zur Anpassung von 2D-Roboterbahnen. Die erste Funktion besteht darin, ein Roboterprogramm in das Softwaretool zu importieren, das aus Koordinaten aus einer Bahn besteht. Darauf basierend werden die Koordinaten verbunden, um den Weg der Roboterbewegung anzuzeigen. Außerdem sollen die Koordinaten veränderbar sein. Die Funktion wird per Drag & Drop realisiert. Diese Änderungen können wiederum im Programm des Roboters abgespeichert werden. Mit diesem Softwaretool ist man in der Lage, Roboterprogramme ohne besondere Erfahrung in der Programmierung und Bedienung zu ändern. Darüber hinaus verkürzt die Verwendung dieses Werkzeugs die Arbeitszeit für die Anpassung von Roboterprogrammen.
Das Unternehmen LOGICDATA entwickelt und produziert Antriebssysteme für höhenverstellbare Tische. Die erste Station der Produktionslinie, in welcher der Zusammenbau der inneren Bauteile des Planetengetriebes durchgeführt wird, liefert in Punkto Qualität keine guten Ergebnisse. Insbesondere die Resultate des derzeitig eingesetzten Fixierungsverfahrens zwischen Planetenträger und Zahnradachse liegen am unteren Ende der Qualitätsanforderung. Das Ziel dieser Arbeit war es, das Fügeverfahren erneut zu evaluieren und ein neues Verfahren für die Fixierung zwischen Zahnradachse und Kunststoffplanetenträger zu finden. Alle gewählten Verfahren sollen mit den tatsächlichen Materialien zusätzlich getestet werden. Im ersten Schritt wurden alle Verfahren, die für die Lösung der Fixierung zwischen Kunststoff und Stahl in Frage kommen, anhand der Theorie erklärt. Für jedes der Verfahren wurden separat Tests durchgeführt und die Ergebnisse dokumentiert. Im Anschluss daran wurden alle erfolgreich getesteten Verfahren einander mit Hilfe einer Nutzwertanalyse gegenübergestellt und bewertet. Zudem wurden nötige Änderungen am Planetenträger für die gewählten Verfahren aufgezeigt. Als Ergebnis der Nutzwertanalyse stellte sich heraus, dass das Verfahren Ultraschallschweißen das beste Gesamtergebnis liefert. Abschließend kann festgehalten werden, dass es nötig ist, Änderungen am Planetenträger durchzuführen, um stabilere Ergebnisse mit den Verfahren erzielen zu können. Anschließend müssen weitere Tests mit dem Verfahren Ultraschallschweißen durchgeführt werden, damit die notwendigen Parameter zielgerecht eingestellt werden können.
Elektronische Komponenten haben die Eigenschaft, dass sie elektromagnetische Strahlung abgeben bzw. empfangen, sei es nun gewollt, wie bei diversen Funktechnologien, oder ungewollt, wie beispielsweise bei integrierten Schaltungen. Dadurch kann es passieren, dass gegenseitige Beeinflussungen bzw. Beeinträchtigungen für elektronische Anwendungen oder die menschliche Gesundheit entstehen. Um dieses Problem unter Kontrolle zu halten, ist es notwendig, ein Gerät zu prüfen bevor man es in den Verkehr bringt. Eine GTEM-Zelle (Gigahertz Transverse Electromagnetic Cell) dient zur Messung von elektromagnetischer Verträglichkeit und stellt bei entwicklungsbegleitenden Tests eine geeignete Umgebung zur Verfügung. Um eine Vergleichbarkeit mit einer Freifeldmessung zu ermöglichen, muss jedoch bei Störabstrahlungsmessungen der Prüfling in der Zelle in verschiedene Positionen gedreht werden. Die FH Campus 02 ist in Besitz einer kleineren GTEM-Zelle und muss diese Drehungen des Prüflings derzeit manuell und mit provisorischen Hilfsmitteln durchführen. Dadurch werden die Ergebnisse teilweise verfälscht und sind nur schwer reproduzierbar. In dieser Masterarbeit soll ein Manipulator entwickelt werden, der diese Aufgabe übernimmt und das Messverfahren so optimiert. Um die Randbedingungen und Anforderungen an den Manipulator zu bestimmen, wurden im Zuge dieser Arbeit die elektromagnetische Verträglichkeit und unterschiedliche Messmöglichkeiten dieser untersucht. Es wurden auch 4 Manipulatoren verglichen, welche teilweise bei größeren Messzellen zum Einsatz kommen. Mithilfe dieser Erkenntnisse wurde dann ein Prototyp in SolidWorks konstruiert und anschließend gefertigt. Hierbei wurden die Technologien der Fachhochschule wie 3D-Drucker und Lasercutter genutzt. Mit diesem Prototyp wurden anschließend Vergleichstests in der GTEM-Zelle durchgeführt, um zu zeigen, dass die Messergebnisse absolut vergleichbar, das Arbeiten einfacher, komfortabler und das Ergebnis wiederholbarer ist im Vergleich zum bisher verwendeten Hilfsmittel. Das Ergebnis der Masterarbeit ist ein funktionierender erster Prototyp eines manuell bedienbaren Manipulators, bei dem bereits alle konstruktiven Vorbereitungen für eine Automatisierung getroffen sind. Außerdem enthält die Arbeit als Ergebnis eine Liste mit Verbesserungsvorschlägen und Tipps, welche bei der nächsten Generation des Manipulators umgesetzt werden sollten.
Die generative Fertigung, mit welcher Bauteile schichtweise aufgebaut werden, gewinnt anhand der kontinuierlichen Weiterentwicklung im Bereich der Materialwissenschaften, der besser werdenden Prozessqualität und des wachsenden Knowhows immer mehr an Bedeutung. Faktoren wie die zeiteffiziente Herstellung von Bauteilen und die rasche Verfügbarkeit sind nur wenige von vielen entscheidenden Vorteilen generativer Fertigungsverfahren. Eines der aufstrebenden Materialien für die generative Fertigungstechnologie Fused Filament Fabrication ist Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA). Bauteile aus ASA bestechen durch ihre hochwertige Oberfläche sowie gute Witterungs- und UV-Beständigkeit. Eigenschaften die besonders im Bereich industrieller Anwendungen von großer Bedeutung sind. Das Ziel dieser Arbeit ist die Erarbeitung einer Produktionsrichtlinie für Fused Filament Fabrication Verbindungstechniken aus Acrylester-Styrol-Acrylnitril für die Unternehmungen HAGE Sondermaschinenbau und FH CAMPUS 02. Zusätzlich soll das prozessspezifische Knowhow weiter ausgebaut werden. Im ersten Schritt wird eine mechanische Werkstoffprüfung im Sinne von Zugversuchen durchgeführt um auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse unterschiedliche Verbindungstechniken wie Schraub-, Steck- und Schnappverbindungen näher zu betrachten. Die Abfolge der Tätigkeiten wie Konstruktion, generative Fertigung und Prüfung der Bauteile werden im Sinne eines iterativen bzw. schrittweisen Verbesserungsprozesses durchgeführt. Sowohl die Probenkörper aus den Zugversuchen als auch die Probenkörper der unterschiedlichen Verbindungstechniken werden verschiedenen Prüfkriterien wie Maßhaltigkeit, Strukturaufbau, mechanische Beständigkeit und Funktionalität unterzogen. Das Resultat dieser Arbeit ist eine Produktionsrichtlinie für KonstrukteurInnen auf Basis von Fused Filament Fabrication Verbindungstechniken aus Acrylester-Styrol-Acrylnitril. Auf Basis des optimalen Kosten-Nutzen-Verhältnisses der generativen Fertigungstechnologie Fused Filament Fabrication und dem Material Acrylester-Styrol-Acrylnitril, sind die Erkenntnisse dieser Arbeit ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung. Beide Unternehmungen können aufgrund der gesammelten Erfahrungen mit dem Material ASA und den überprüften Verbindungstechniken profitieren und somit auch in Zukunft konkurrenzfähig bleiben.
Das aktuell eingesetzte Material-Tracking-System, für die Halbleiterfertigung der ams AG in Premstätten, hat seine Belastungsgrenzen erreicht und muss daher ersetzt werden. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines Konzepts für ein neues System, welches zusätzlich auch der schlanken Produktionsstrategie (Lean Production) entspricht. Dafür werden zunächst im Rahmen einer Literaturrecherche die Grundlagen der Gebiete Materialidentifikation und Materiallokalisation sowie der Lean Production erarbeitet. In der anschließenden Analyse werden die aktuellen Probleme mit Hilfe von Werkzeugen der Lean-Strategie aufgearbeitet und dargestellt. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in die darauffolgende Entwicklung des Konzepts ein. Dabei entsteht ein neues Betreiberkonzept auf aktuellem Stand der Technik, welches auch die logistischen Abläufe im Sinne der schlanken Produktionsstrategie verbessert. Das Ergebnis der Arbeit ist ein umfangreiches Konzept für ein Lean-Material-Tracking-System in der Halbleiterfertigung, in dem die Chancen, aber auch die zu erwartenden Herausforderungen, detailliert dargestellt werden. Als Ausgangspunkt zur Umsetzung des Konzepts werden abschließend die technischen Anforderungen erarbeitet, kategorisiert und bewertet. Das Konzept bietet die Grundlage zur Auswahl eines passenden Lieferanten und Ausführung eines Pilotprojekts, um die Durchführbarkeit unter realen Bedingungen feststellen zu können.
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.