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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.
Aus Gründen der Effizienzsteigerung in Lagerstätten und in Produktionsstätten gewinnen Materialanforderungssysteme in der Industrie immer mehr an Bedeutung. Produktionsmitarbeiter- und mitarbeiterinnen können meist keine aktiven Materialanforderungen an ihren Arbeitsplätzen durchführen, ohne ihren Arbeitsplatz zu verlassen. Sie müssen darauf vertrauen, dass benötigte Kleinteile in bestimmten Zeitintervallen von Lagermitarbeitern- und mitarbeiterinnen angeliefert werden. Aus diesem Grund existiert ein kabelloses Materialanforderungssystem, das es Produktionsmitarbeitern- und mitarbeiterinnen erlaubt, mittels eines mit Batterien betriebenen Materialanforderungssenders aktiv Anforderungen zu tätigen. Zielsetzung dieser Masterarbeit ist es, ein Konzept zu erstellen, das einen bestehenden Materialanforderungssender, welcher WLAN zur Datenübertragung nutzt und vier Mal täglich betätigt wird, mit Hilfe einer Energy Harvesting Einheit mit Energie versorgt. Mit Hilfe dieses Konzeptes soll es möglich sein dauerhaft auf Versorgungsleitungen oder Batterien, welche den Materialanforderungssender im Moment mit Energie versorgen, zu verzichten. Damit der Energiebedarf des Materialanforderungssenders vermindert wird, wurde LoRaWAN als Alternative zur bestehenden Datenübertragungstechnologie ausgewählt und der zu erwartende Energiebedarf ermittelt. Des Weiteren wurden verschiedene Methoden des Energy Harvesting untersucht und PV-Zellen als geeignetstes Verfahren ausgewählt, um den Materialanforderungssender dauerhaft mit Energie zu versorgen. Damit die Übertragungssicherheit der Daten zu gewährleistet ist und Verbrauchsspitzen des Materialanforderungssenders abdeckt werden, sind verschiedene für diese Anwendung geeignete Energiespeicher untersucht. Daraus resultierend wurde ein Akkumulator mit Lithium-Ionen Technologie für diese Anwendung ausgewählt. Aus diesen Bauteilen wurde ein Testaufbau, der den zu erwartenden Einsatzbedingungen entspricht, realisiert, und eine Auslegungstabelle für den Einsatz des Materialanforderungssenders unter verschiedenen Bedingungen erstellt.
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.
In einem Produktionsbetrieb werden Kunststofffolien mithilfe von Blasfolienextrusionsmaschinen hergestellt. Im Rahmen einer Effizienzsteigerungsoffensive wurde Kristl, Seibt & Co beauftragt, alle bestehenden Maschinen mit einem einheitlichen und maschinenunabhängigen Betriebsdatenerfassungssystem (BDE) auszurüsten. Um den Installationssaufwand zu vereinfachen und die Kosten zu verringern, wird über eine drahtlose Übertragung der Messwerte nachgedacht. Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung von geeigneter Messtechnik um die Schlüsselparameter einer Blasfolienextrusionsmaschine messtechnisch zu erfassen und die Messdaten drahtlos zu übertragen. Zu diesem Zweck wurde der Produktionsprozess einer Blasfolienextrusionsmaschine analysiert. Im darauffolgenden Schritt wurden geeignete Sensortechnologien für eine maschinen- und materialunabhängige Messung der Foliendicke evaluiert und in einem Versuchsaufbau getestet. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit liegt auf der Evaluierung und dem Test industrietauglicher drahtloser Übertragungstechnologien. Nach der Erarbeitung und Auswahl geeigneter Sensor- und Übertragungstechnologien im theoretischen Teil, wurden diese in einem Versuchsaufbau getestet und bewertet. Das Ergebnis der Versuchsaufbauten zeigte die Grenzen der Messgenauigkeit auf und machte die Schwierigkeiten und Herausforderungen bei der Verwendung eines gemeinsamen Übertragungsmediums sichtbar. Deshalb kann der Einsatz der getesteten Technologien für diese Anwendung nicht empfohlen werden. Mit den Erkenntnissen über die Limitierungen der getesteten Sensor- und Drahtlostechnologien in dieser Arbeit, sollten neue Ansätze in der Systemarchitektur in Erwägung gezogen werden. Die Verwendung von nicht-optischen Sensortechnologien sowie lizensierten drahtlosen Übertragungstechnologien könnte in eine Richtung führen in welcher zufriedenstellende Ergebnisse für Kristl, Seibt & Co entstehen.
Die Fachhochschule CAMPUS 02 hat für Forschungs- und Projektaufgaben sowie für Demonstrationsbzw. Vorführungszwecke für die Studierenden der Fachrichtung Automatisierungstechnik einen SechsAchs-Knickarmroboter des Typs UR5 der Firma Universal Robots angekauft. Dabei handelt es sich um einen kollaborierenden Roboter (eng. COBOT), in dessen Arbeitsbereich Mensch und Roboter interagieren können. Die Sicherheitsfunktionen sind so ausgelegt, dass es selbst bei Kollision zwischen Maschine und Mensch zu keiner Gefährdung der Person kommt. Ziel dieser Arbeit war es, einen mobilen Arbeitsplatz für diesen kollaborierenden Roboter zu gestalten, welcher es ermöglicht, diese Sicherheitsstandards einzuhalten. Des Weiteren galt es zu untersuchen, welcher passende Endeffektor (z.B. Greifer für Manipulationszwecke) in Zukunft verwendet werden kann und ob sich ein Kamerasystem für z.B. das Lesen von Strich- oder Barcodes implementieren lässt. Um einen allen anwendbaren Normen und Richtlinien entsprechenden Arbeitsbereich gestalten zu können, wurden Methoden wie Risikoanalyse, Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA) und Nutzwertanalyse (NWA) herangezogen. Das Ergebnis dieser Analysen und Tests zeigte, dass trotz Einhaltung der Richtlinien und Normen je nach Anwendungsfall, eine Verletzungsfreiheit der interagierenden Person nicht zu hundert Prozent gewährleistet werden kann. Es wird daher empfohlen diese Risiken separat zu bewerten und diese vor der Inbetriebnahme des Systems durch zusätzliche Maßnahme zu eliminieren. Denkbar wären beispielsweise der Einbau von Schutzblechen, die Konfiguration von Schutzebenen oder die Implementierung einer Schutzfeldüberwachung. Das Kamerasystem lässt sich optimal in die Arbeitsplatzumgebung einbinden und entsprechend adaptieren. Greifer bzw. allgemein Endeffektoren müssen immer für jeden Verwendungszweck passend ausgewählt werden. Dabei sollten sowohl wirtschaftliche als auch sicherheitsspezifische Gesichtspunkte als Entscheidungskriterien herangezogen werden.
In the early stages of the conceptual and the design phases of a new product simulation is involved in the decision making process, even before any prototyping is done. This concept is so-called front loading. Designing a new turbocharger for example requires better understanding of the rotor-dynamics. Multi-body dynamics simulation (MBD) is a suitable tool to investigate phenomena, e.g. rotor imbalance, which has a vast impact on the durability of bushing bearings. Combining multi-body dynamics simulation and computational fluid dynamics (CFD), the CFD supplies important boundary conditions for MBD, which is a new simulation methodology investigated in this thesis. The simulation tool AVL FIRE M with its multi-material capability is being used for this investigation. One of the most important fields related to this objective is the heat transfer analysis with special focus on the thermal dynamics of the heat flow within the turbocharger. Since CFD simulation is already a well established tool in product development and especially in the component design phase, this novel simulation approach is offering an alternative method to the conventional fluid-solid coupling which is usually used to calculate temperature distribution in solid structure and stress analysis. This proposed approach represents the simulation of heat transfer within the turbocharger structure and its parts by considering the solid and fluid parts of the turbocharger as a multi-domain and multi-material simulation model. The theoretical part builds up the fundamentals to the engineering background and the physical modelling. Furthermore, the basic essentials of workflow and the general evaluation process are introduced, which should form a transition between engineering outcome, usablity and user’s acceptance of the novel simulation approach. In the evaluation part of the thesis the gathered results are presented and summarized. The engineering outcome as well as the workflow and methodology of such kind of simulations are discussed. Finally, the summary presents all pillars of the evaluation process and an additional outlook is given as a reflection of the presented workflow. It provides recommendations for further improvement and gives suggestions for future investigations. The presented methodology proves to be a next level approach in prediction of turbocharger simulation in the product development process.
The broiler breeder management farm Taucher manages three big poultry houses. These buildings accommodate chickens and roosters under the same roof. Instead of selling the eggs to the consumer, Taucher sells the fertilized eggs to another company, where the eggs are hatched with the help of artificial breeders. These eggs are of higher value than the non-fertilized eggs and are therefore more profitable. The result of this process are chicks, which are used as fattened chickens later. Each poultry house from the agricultural holding is accessed by a central control system, which is responsible for the living and environmental conditions of the poultry animals in the henhouses. Mr. Josef Taucher, the owner of the farm, built another henhouse that is newer and bigger than the old ones. As he was not satisfied with his existing management system for the old henhouses, he was in demand of a newer, better control system. The main reason for that is that the old system is very complex, not very user friendly and has limited adjustment options. Therefore, it is not possible to create optimal living conditions for the poultry animals in his existing henhouse and the profit cannot be maximized. The goal of this thesis was to develop a concept of an automated broiler breeder management building and to implement this concept in the new henhouse. This control system is responsible for the climate, feeding, lighting, egg-collection and water control system. Moreover, the new developed control system will improve the egg laying performance, which generates a higher profit for the farmer. The result of this work is a better working control system for the broiler breeder building. It is easier to understand, yet it offers a more powerful interface for the farmer. The customized design of the user interface was developed together with the operator and enables a high usability and a comfortable handling of the system.
Ein Prozessleitsystem (PLS) kann einzelne Prozesse oder ganze Industrieanlagen zentral steuern. Ein solches System beinhaltet sämtliche Komponenten von Steuerungen bis zu den Anzeige- und Bedienkomponenten, was diesem eine Durchgängigkeit beim Konfigurieren und Anwenden ermöglicht. Mit einem PLS wird eine effiziente Herstellung von Produkten ermöglicht. Um kostspielige Produktionsausfälle zu vermeiden, muss so ein Produktionssystem eine hohe Zuverlässigkeit haben. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluierung und Modernisierung eines Leitsystems, welches verschiedene Produktionsanlagen und Maschinen steuert. Diese werden benötigt um unterschiedliche technische Medien, welche für die Stahlerzeugung benötigt werden, zu erzeugen und zu verteilen. Das bestehende System wird in den kommenden Jahren vom Hersteller abgekündigt, womit bei Fehlern im System kein Support mehr garantiert werden kann. Es soll dennoch auch in der Zukunft ein ausfallsicherer Betrieb ermöglicht werden, um kostspielige Stillstände zu vermeiden, womit sich der Schwerpunkt dieser Arbeit beschäftigt. Dafür werden vorerst die theoretischen Grundlagen von Leitsystemen bearbeitet, in denen der Aufbau und die Schnittstellen ausführlich erläutert und unterschieden werden. Im praktischen Teil wird vorerst das bestehende System evaluiert, um festzustellen, welche Teile des Leitsystems modernisiert werden müssen und wo welche Redundanzen benutzt werden oder geschaffen werden müssen. Anschließend werden drei verschiedene Leitsysteme betrachtet und bewertet. Abschließend wird ein Schema für den Aufbau und die Migration auf ein neues System erstellt. Durch den Austausch der Visualisierungsebene und der Schaffung von neuen Schnittstellen und Redundanzen soll es auch in Zukunft möglich sein die Produktionsanlagen ausfallsicher und effizient miteinander betreiben, zu können.
Die zunehmend erschwerten wirtschaftlichen Bedingungen sowie der globale Konkurrenzdruck fordern in den unterschiedlichsten naturwissenschaftlichen Fachgebieten stetig effizientere Verfahren und kürzere Projekt-Durchlaufzeiten. Nicht zuletzt aus diesen Gründen steigt das Interesse an der Automatisierung von Prozessen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Automatisierung eines in der chemischen Verfahrenstechnik eingesetzten Prüfstands. Ziel ist, die im Forschungsbereich für Brennstoffzellen verwendete Kleinanlage so zu optimieren, dass diese für einen definierten Zeitraum ohne menschliche Eingriffe betrieben werden kann. Des Weiteren sollen die Einstellung von Prozessparametern und die Datenerfassung des Prüfstands benutzerfreundlich ermöglicht werden. Der Hauptfokus der vorliegenden Arbeit richtet sich auf den Bereich der elektrischen Messtechnik und die Entwicklung eines Prozessleitsystems. Die Auswahl der hierfür erforderlichen Sensoren wird durch die Untersuchung der für die Regelung des Prüfstands in Frage kommenden physikalischen Möglichkeiten und wirtschaftlichen Aspekte begründet. Eine optimierte Gesamtlösung inkludiert letztlich den Einsatz eines Mikrocomputers. Darüber hinaus wird für die erfolgreiche Projektumsetzung der verfahrenstechnische Prozess mittels Rohrleitungs- und Instrumenten-Schemata erfasst sowie ein auf fluid- und messtechnischen Überlegungen basierendes Konzept erstellt. Ein Prozessleitsystem hat die Hauptaufgaben Überwachen, Regeln, Steuern und Visualisieren relevanter Informationen. Die Programmierung dieses Systems erfolgt mit der Entwicklungsumgebung LabVIEW. Hierbei wird das dem angewandten Software-Engineering zu Grunde liegende Konzept erläutert und die für das Projekt wesentlichsten Teilgebiete, wie etwa das Datenmanagement, insbesondere erläutert. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Prüfstand für Versuche mit Brennstoffzellen, welcher durch die Auswahl von geeigneten Sensoren und einem neu entwickelten Prozessleitsystem autonom betrieben werden kann. Darüber hinaus werden auf Grund der erarbeiteten Resultate Empfehlungen für die weitere Optimierung ausgesprochen.