620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Das Ziel dieser Masterarbeit ist das Erarbeiten einer modularen Baugruppe, die die Funktionen der Kollimation und Filtration von Primärröntgenstrahlung in Röntgen- und Computertomographiesystemen für industrielle Anwendungen erfüllt. Hierfür sind die physikalischen Grundlagen zur Röntgenstrahlung und den Effekten, die diese hervorruft, bestimmt. Mit diesen Grundlagen ist ein allgemeines CT-System anhand von Komponenten und Funktionen erstellt worden. Mithilfe der Zusammenhänge und Erkenntnisse aus wissenschaftlichen Beiträgen sind Anforderungen an die Baugruppe definiert.
Zur Modularisierung der Baugruppe sind Methoden verglichen und ein Vorgehen zur Entwicklung erarbeitet worden. Das Vorgehen orientiert sich hauptsächlich an der von Erixon (1998) veröffentlichten Arbeit. Die Baugruppe ist, ausgehend von den Anforderungen über die Funktionen bis hin zu Lösungsprinzipien, für die technische Umsetzung ausgearbeitet. Aus den Prinzipen werden Komponenten und eine Architektur erarbeitet, die sich in Module teilen lässt ist. Es sind vier Modulkonzepte dargestellt und diese werden anhand der Kriterien Modularität, Variantenbildung und Funktionsabhängigkeit bewertet. Resultierend aus der Bewertung, wurde ein Konzept ausgewählt, das anhand eines Modulsteckbriefs beschrieben ist. Die Dokumentation und Darstellung erfolgen mit Diagrammen des modellbasierten System Engineerings Methode.
Bei dieser praxisnahen Problemstellung kann gezeigt werden, wie ein Teil eines Gesamtsystems unabhängig zu diesem entwickelt und gelichzeitig modularisiert werden kann. Das Ergebnis erbrachte Module, die simultan voneinander entwickelt werden können, ohne dass eine weitere Abstimmung zwischen den Entwicklern/-innen nötig wäre. Die Ergebnisse lassen sich zum einen für die Entwicklung der beschriebenen Baugruppe nutzen, zum anderen geben sie Aufschluss darauf, wie Systeme ausgehend von Elementen zum Gesamtsystem modularisiert werden können.
Diese Arbeit befasst sich mit dem Thema der Akzeptanz von großen Systemen, im speziellen von Verkehrsmanagementzentralen, welche für mehrere Autobahntunnel und Autobahnabschnitten zuständig sind. Durch die steigende Nutzung von motorisierten Fahrzeugen auf Autobahnen, steigt auch die Gefahr von Unfällen. Um die Verkehrsteilnehmer schnellstmöglich zu informieren und die Streckenführung zu optimieren, ist es erforderlich, dass verschiedene Systeme zusammenarbeiten und Informationen untereinander austauschen.
Die verschiedenen Systeme auf dem Autobahnnetz (Wetterstation, Pumpstation, Geschwindigkeitsanzeigen, Tunnelsteuerungen, etc.) sammeln Daten und geben diese an eine übergeordnete Überwachungszentrale weiter, welche auf Basis der erfassten Daten eine Entscheidung trifft und den Verkehrsfluss bei Bedarf verändert. Das Problem hierbei liegt darin, dass es mehrere übergeordnete Überwachungszentralen gibt und diese jeweils nur einen kleinen Teil des Autobahnnetzes überwachen. Ein Datenaustausch zwischen den übergeordneten Überwachungszentralen findet nur marginal statt.
Um das Problem der Datenbrüche zwischen den Überwachungszentralen zu beseitigen, kann eine zentrale Verkehrsmanagementzentrale eingeführt werden, bei der sämtliche Daten zusammengeführt werden. Die einzelnen Überwachungszentralen erhalten über die zentrale Verkehrsmanagementzentrale Zugriff auf ihren Abschnitt, jedoch bekommen sie auch (bei Bedarf) sämtliche Information des gesamten Autobahnnetzes. Dies hat zudem den Vorteil, dass im Falle eines Unfalls, eine andere Überwachungszentrale bei der Abwicklung unterstützen kann.
Ein neues System dieser Art bietet viele Vorteile, jedoch müssen im ersten Schritt die entsprechenden Anforderungen, Aufgaben und Abläufe erhoben werden. Dies wird auf Basis des Task-Technology-Fit Modells durchgeführt, da bei diesem Modell nicht nur die funktionalen Anforderungen betrachtet werden, sondern auch die Bedürfnisse der mit dem System arbeiteten Personen. Die Anforderungen (funktional, technisch und persönlich) werden durch einen Fragebogen (offene Fragen), persönliche Gespräche und Beobachtungen ermittelt.
Auf Basis der Ergebnisse aus Fragebogen, Gespräche und Beobachtungen, wird ein Prototyp einer übergeordneten Verkehrsmanagementzentrale erstellt, welche die geforderten Funktionen und Prozesse enthalten. Dieser Prototyp wird von mehreren Gremien bewertet und dient als Basis für weitere Entscheidungen über die Umsetzung der tatsächlichen übergeordneten Verkehrsmanagementzentrale.
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.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Kalibrieren von Schwingungssensoren. Dabei werden unterschiedliche Arten von Schwingungssensoren betrachtet. Es werden auch die verschiedenen Möglichkeiten diskutiert, wie Schwingungssensoren kalibriert werden können. Im weiteren Verlauf wird jedoch nur die Vergleichsvariante behandelt. Für diese Variante wurde die Software in dieser Arbeit entwickelt. Dabei wird das Messgerät mit einem Frequenzgenerator angesprochen sowie parametriert und die Messdaten werden erfasst sowie verarbeitet.
Die Eingangskanäle können, wenn vorhanden, mithilfe der im Sensor abgespeicherten Daten parametriert werden. Diese Einstellungen können über die grafische Bedienoberfläche eingesehen werden. Sollte der Prüfling über keinen Speicher verfügen oder dieser defekt sein, können die Daten auch manuell eingegeben werden.
Zu einer Kalibrierung gehört auch ein dementsprechendes Protokoll, das dem Sensor die Einhaltung seiner angegebenen Grenzwerte bescheinigt, sofern dies das Ergebnis der Kalibrierung ist. Da diese Erstellung mit Aufwand verbunden ist und dabei auch Fehler unterlaufen können, wurde dies in dieser Arbeit vollständig automatisiert.
Nutzenpotenzial von modellbasiertem Systems Engineering in der industriellen Produktentwicklung
(2019)
Die Entwicklung von cybertronischen Produkten hat in den letzten Jahren und Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht. Die Anteile an Software und die Vernetzung der Komponenten und Produkte hat stetig zugenommen und wird in Zukunft noch weiter zunehmen. Technologien wie Internet of Things oder auch künstliche Intelligenz werden verstärkt Einzug in die Produktentwicklung halten und die Komplexität und Vernetzung werden stetig zunehmen. Modell-Based Systems Engineering könnte ein Ansatz sein, um diese Herausforderungen anzugehen und zu meistern. Wenn sich eine Firma dazu entscheidet, Model-Based Systems Engineering einzuführen, dann muss die Einführung gut geplant und koordiniert sein. Das Aufzeigen des Nutzenpotenzials ist ein wesentlicher Faktor, damit das Management überzeugt werden kann und somit die Einführungsinitiative unterstützt. Es stellt sich die Frage, ob bei der Einführung und der Anwendung von Model-Based Systems Engineering der Nutzen sichtbar gemacht werden kann. Der Literaturreview zeigt, dass dieser Nutzen in unterschiedlichen Bereichen wie Zusammenarbeit unter den Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen, im Entwicklungsprozess oder durch eine erfolgreiche Produkteinführung sichtbar gemacht werden kann, aber eine genaue Messung nicht einfach erreichbar ist. Basierend auf den theoretischen Erkenntnissen wird ein erstes Nutzenmodell erstellt, welches die Basis für die empirischen Untersuchungen legt. Mittels der Durchführung eines World Cafés werden Erkenntnisse bezogen auf den Nutzen von modellbasiertem Systems Engineering und Hindernisse bei der Einführung gewonnen. Interviews mit Experten und Expertinnen haben diese Einsichten weiter detailliert. Es werden Zusammenhänge zwischen dem Bedarf an Systems Engineering, den Voraussetzungen für eine Einführung, den Widerständen bei der Umsetzung und dem sichtbaren Nutzen abgeleitet und dargestellt. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Nutzenmodell von modellbasiertem Systems Engineering im Kontext der Einführung in einem Industrieunternehmen. Abgeleitet vom Nutzenmodell wurden Hypothesen aufgestellt und konkrete Handlungsempfehlungen für die Praxis formuliert.
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.
Durch immer strengere Regulierungen von Schadstoffemissionen, vor allem unter realen Betriebsbedingungen von Fahrzeugen, wird die Abbildung von realen Fahrzyklen auf verschiedensten Motoren - und Fahrzeugprüfständen immer essentieller. Reale Fahrzyklen bedingen jedoch eine dynamische Anpassung der Parameter und Testgrößen. Dabei ist die Temperatur des Motors ein wesentlicher Parameter, welcher mit konventionellen, am Markt verfügbaren Anlagen, nicht dynamisch geregelt werden kann und somit keine realitätsnahen Bedingungen bereitet werden können. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Konditioniersystems, welches eine dynamische Regelung der Testtemperatur ermöglicht, wodurch realitätsnahe Betriebszustände geschaffen werden können. Dieses soll so ausgelegt sein, dass verschiedene Leistungsstufen skalierbar sind, ohne große Änderungen an der Konstruktion vornehmen zu müssen. Ein weiteres Ziel war es, durch einen Prototyp, wesentliche Parameter erfassen zu können, welche in weiterer Folge als Grundlage für ein Regelungsmodell herangezogen werden können. Im ersten Schritt wurden die wichtigsten Grundlagen erarbeitet, gefolgt von der Entwicklung möglicher Konzepte. Nach der Definition von Bewertungskriterien wurde ein Konzept weiterverfolgt. Um einen Prototyp realisieren zu können, wurden mögliche Komponenten analysiert und berechnet, ein 3D Model konstruiert und anschließend gefertigt. Das Ergebnis der Arbeit ist das Konzept einer dynamischen, kostengünstigen und skalierbaren Konditionieranlage, woraus in weiterer Folge ein Prototyp entstanden ist. Dieser Prototyp dient den Regelungsexperten als reales Modell, um optimale Regelungsstrategien und eine Auto-Tune Funktion erproben zu können sowie als Basis für die Weiterentwicklung zur Kleinserie.
Das Transformatorenwerk in Weiz ist eines von 19 Fertigungsstandorten von Siemens, das Verteil- und Leistungstransformatoren entwickelt, produziert und prüft. Aufgrund einer Portfolioumstellung im Bereich Verteiltransformatoren kam es zur Spezialisierung auf Sonder- und Industrietransformatoren. In diesen Portfoliobereich fallen auch Transformatoren, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden sollen. Das Ziel dieser Masterarbeit war es, ein entsprechendes Konzept für den Explosionsschutz bei Verteiltransformatoren für die Zone 2 nach der europäischen Richtlinie ATEX 2014/34/EU zu entwickeln. Mittels einer Risikoanalyse wurden alle Gefahren eines Transformators in einer explosionsgefährdeten Umgebung identifiziert. Anhand einer Risikoabschätzung und -bewertung wurden danach alle Zündquellen aufgrund der Häufigkeit ihres Auftretens kategorisiert. Abschließend wurden alle vorhandenen Risiken mittels entsprechender Maßnahmen minimiert bzw. beseitigt, um den Anforderungen der Richtlinie bzw. Normen zu entsprechen. Als Ergebnis wurden 32 potentielle Gefährdungen für den Transformator identifiziert und entsprechende Maßnahmen (technische Schutzmaßnahmen und Benutzerinformation) erarbeitet, um das Risiko auf ein gefordertes Minimum zu reduzieren. Alle Ergebnisse dieser Arbeit sollen als Grundlage dienen, um ein Konformitätsbewertungsverfahren nach genannter Richtlinie zu bestehen und somit die Freigabe eines Transformators für den freien Warenverkehr zu erhalten. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das erarbeitete Konzept im Unternehmen umgesetzt werden. Das bedeutet, dass alle erarbeiteten Maßnahmen am Transformator angewendet werden und die dafür notwendige Dokumentation erstellt wird.
In den letzten Jahren werden Sicherheitsfunktionen in Maschinen vermehrt über sicherheitsgerichtete Steuerungen und die dazugehörige sicherheitsgerichtete Software realisiert. Dies hat zur Folge, dass es erhöhte Anforderungen an die Softwarequalität laut der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG gibt. Die Anforderungen an sicherheitsgerichtete Software werden in den dazugehörigen harmonisierten Normen, wie üblich, nur sehr allgemein beschrieben und es gibt nahezu keine publizierten Beispiele dazu. Das Ziel dieser Masterarbeit, welche in Kooperation mit der Firma Glock Ges.m.b.H. umgesetzt wird, ist es, die Anforderungen an eine sicherheitsgerichtete Software laut Maschinenrichtlinie und der harmonisierten Normenreihe EN ISO 13849 aufzuzeigen. Es sollen anhand der entsprechenden Normen Maßnahmen und Vorschläge zur praktischen Umsetzung gegeben werden. Das zweite Ziel dieser Masterarbeit ist es, das Softwaretool SOFTEMA mit Hilfe eines Applikationsbeispiels auf seine Praxistauglichkeit zu testen. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Softwarelebenszyklus mit konstruktiven und überprüfenden Tätigkeiten. Die Tätigkeiten werden mittels Umsetzungsbeispielen beschrieben und es werden Empfehlungen gegeben, welche Maßnahmen je nach erforderlichem Performance Level der Sicherheitsfunktion nötig sind. Die Anwendung des Softwaretools SOFTEMA wird mittels einer Roboterautomatisierung mit integrierter funktionaler Sicherheit getestet. Es wird ein Bericht über die Praxistauglichkeit des Softwaretools gegeben und des Weiteren wird eine Handlungsempfehlung an das Unternehmen gegeben, ob das Softwaretool in Zukunft eingesetzt werden sollte.
Die manuelle Bearbeitung von Schiffshüllen verliert aus Gründen der Effizienz und des Umweltschutzes immer mehr an Bedeutung. Stattdessen kommen hochautomatisierte Maschinen zum Einsatz, die diese Arbeit übernehmen oder Maschinen, die Personen an exponierte Stellen transportieren, um dort diverse Arbeiten zu verrichten. Mit steigendem Automatisierungsgrad steigen auch die Anforderungen an die Sicherheit von Maschinen, speziell im Bereich der Personensicherheit. Das Ziel dieser Masterarbeit war die Analyse und Optimierung eines Sicherheitskonzeptes für eine fahrbare Maschine der Hubert Palfinger Technologies GmbH zur manuellen Bearbeitung und Inspektion von Schiffshüllen in Schwimm- und Trockendocks. Auf Grund der rauen Umgebungsbedingungen und einer Bearbeitungshöhe von bis zu 30 Metern, wurden höchste Anforderungen an die Sicherheit des Bedienpersonals gestellt. Die Analyse des Sicherheitskonzeptes umfasste neben der Auswahl der Steuerung und der Optimierung der elektrischen und hydraulischen Bauteile auch einen rechnerischen Nachweis zur Vermeidung von Fehlern in sicherheitsbezogenen Teilen von Steuerungen. Die in dieser Masterarbeit durchgeführten Berechnungen zur Validierung der Sicherheitsfunktionen wurden einer akkreditieren Prüfstelle, mit dem Ansuchen einer CE-Zulassung für diese Maschine vorgelegt. Die Hubert Palfinger Technologies GmbH entwickelt mehrere Maschinen für die Schiffsbearbeitungsindustrie, die in ihrer Konstruktion sehr ähnlich sind. Das analysierte Sicherheitskonzept für die Personensicherheit ist somit vielseitig auch in anderen Maschinen anwendbar. Durch die Anwendung des fertigen Konzeptes gäbe es Potential für Einsparungen in der Entwicklung und bei Zertifizierungen. Außerdem könnten gewonnene Kenntnisse aus dem Betrieb in den Schiffswerften rasch und effektiv in zukünftige Planungen einfließen und so die Sicherheit aller Maschinen der Hubert Palfinger Technologies GmbH erhöhen.
