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Forschungsergebnisse

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VDI-Fortschritt-Berichte

Eine Auswahl aus den 2014 publizierten Berichten zu Themen der industriellen Automation

Hahn, Jakob

Entwicklung und Anwendung von Methoden des technischen Monitorings

In dieser Arbeit werden, neben der Klassifikation des Monitorings im Facility Management, Methoden zur Analyse entwickelt und deren Einsatz anhand von praktischen Beispielen untersucht. Dabei wird zunächst auf modellbasierte Methoden wie die grundlegende physikalische Modellbildung und die erweiterte Gebäude- und Anlagensimulation eingegangen. Einen weiteren wichtigen Bestandteil bilden datengetriebene Methoden aus dem Data Mining sowie wissensbasierte Methoden wie diagnostisches Schließen. Ferner werden die aus dem Qualitätsmanagement stammenden Qualitätsregelkarten zur Überwachung auf das Technische Monitoring übertragen und anhand von verschiedenen Datensätzen untersucht. Abschließend werden grafische und statistische Methoden für das Monitoring in der Praxis erläutert. Mittels dieser lassen sich häufige und wichtige Fehler im Gebäudebetrieb mit geringem Aufwand durch technisch geschultes Personal erkennen.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Technische Gebäudeausrüstung, Band 4, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-300423-2

Siatkowski, Marek

Transversalfluss-Linearmaschine mit passivem Stator

In der Industrie verwendete lineare Synchron-Direktantriebe bestehen zumeist aus einem Läufer, der eine Wanderfeldwicklung enthält, und einer Magnetbahn als Stator. Diese muss aufwändig gekapselt werden und bestimmt aufgrund der teuren Permanentmagneten maßgeblich die Kosten des gesamten Motors. In der vorliegenden Arbeit werden der Entwurf und der Aufbau eines Transversalfluss-Linearmotors beschrieben, bei dem sowohl die Wicklung als auch die Permanentmagneten im Läufer integriert sind. Die Magneten im Läufer können deutlich besser gegen äußere Einflüsse, wie zum Beispiel Eisenspäne, geschützt werden. Der Stator besteht lediglich aus herkömmlichen Elektroblechen. Der Motor bietet besonders für lange Verfahrwege einen großen Vorteil. Neben dem elektromagnetischen Entwurf des Motors mittels der Finite-Elemente-Methode befasst sich die Arbeit auch mit Werkstoffen, Verlusten und Fertigungsverfahren, mit der Zielsetzung, alle diese Aspekte aufeinander abzustimmen. Am Versuchsmotor werden die Ergebnisse anhand umfangreicher Messungen nachgewiesen.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Elektrotechnik, Band 410, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-341021-7

Jastrzenbski, Jan-Peter

Synchrone Linear-Direktantriebe für Förderbänder

Im Mittelpunkt der Arbeit stehen der Entwurf und der Aufbau von Linearmotoren, die direkt ein Förderband antreiben. Die Vorteile, die sich daraus ergeben, sind die kontaktlose Krafteinleitung, das Herabsetzen von Beanspruchungen des Zugträgers sowie den effektiven Einsatz eines Linearmotors als Zwischenantrieb. Bei den untersuchten Förderbändern handelt es sich zum einen um ein Kunststoff-Ketten-Modulband und zum anderen um einen flexiblen Gurt, der aus einem vulkanisierten Textilgeflecht besteht. Als Antrieb kommen ausschließlich Maschinen zum Einsatz, die der Kategorie der Synchronmaschinen zuzuordnen sind. Betrachtet wird sowohl der Aufbau als permanentmagneterregte Synchronmaschine als auch der Aufbau als Homopolarmaschine. Die beiden aufgebauten Antriebe erlauben wegen der identischen Auslegungskriterien eine unmittelbare Vergleichbarkeit. Weiterhin werden sie zur Minimierung von Normalkräften mit einem doppelten Luftspalt ausgeführt.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Elektrotechnik, Band 412, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-341221-1

Zier, Sebastian

Elementarmethoden in der Produktentwicklung: Identifikation methodischer Prinzipien und ihre Potenziale für Lehre, Praxis und Forschung

Entwicklungsmethoden spielen für Lehre und Forschung eine zentrale Rolle. Im Laufe der Zeit ist jedoch eine nicht überschaubare Anzahl von Methoden entstanden. Die mangelnde Transparenz stellt Anwender in der Praxis vor wesentliche Probleme. Die vorliegende Arbeit schafft eine übergeordnete Systematik für den Fundus von Entwicklungsmethoden. Grundlage dafür ist ein im Rahmen dieser Arbeit entwickeltes erweitertes Modell von Entwicklungsprozessen. Dieses Modell bildet die Basis für die Erstellung einer Notation zur Modellierung von Methodenbeschreibungen in so genannten Methoden-Genomen. Um diese zu analysieren, wird ein Data-Mining-Algorithmus entwickelt und angewendet. Es gelingt dadurch, alle Methodenbeschreibungen auf nur vier wiederkehrenden Sequenzen zu reduzieren und diese als Prinzipien des methodischen Arbeitens zu interpretieren. Dies eröffnet neue und vielfältige Potenziale für Lehre, Praxis und Forschung.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Konstruktionstechnik/Maschinenelemente, Band 429, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-342901-1

Scholzen, Andreas

Untersuchungen zu den Kraftverhältnissen in Zahnriemenantrieben in der Lineartechnik

Die vorliegende Arbeit wendet sich an Ingenieure, Konstrukteure und Wissenschaftler im Bereich der Linearzahnriemen. Linearzahnriemen werden in immer mehr Industriezweigen verwendet und die Grenzbereiche der Anwendungen werden hinsichtlich der realisierten Verfahrwege und der bewegten Massen immer weiter hinausgeschoben. Die in den verwendeten Zahnriemen wirkenden Kräfte und damit auch die Kraftwirkungen auf angrenzende Bauteile werden derzeit im Wesentlichen durch pauschale Abschätzungen ermittelt. Mit Simulationsprogrammen ist die Bestimmung dieser Kräfte möglich, jedoch stehen diese aufgrund des finanziellen Aufwands nicht jedem Konstrukteur zur Verfügung. In der Arbeit wird ein Formelwerk abgeleitet, welches dem Anwender die zuverlässige Berechnung der erforderlichen Vorspannkräfte wie auch der resultierenden Trumkräfte in horizontalen und vertikalen Zahnriemenlinearantrieben mit theoretisch unendlich vielen Massenwirkungen ohne Simulationsprogramme erlaubt.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Konstruktionstechnik/Maschinenelemente, Band 430, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-343001-7

Mahler, Carsten

Automatisierungsmodule für ein funktionsorientiertes Automatisierungsengineering

Die vorliegende Arbeit wendet sich an Ingenieure und Wissenschaftler im Bereich des Engineering von automatisierten Maschinen und Anlagen. Sie befasst sich mit der herstellerunabhängigen Auswahl von geeigneten Automatisierungsgeräten nach funktionalen Gesichtspunkten. Dazu wird ein Konzept vorgestellt, das bekannte Automatisierungslösungen berücksichtigt und durch den Einsatz geeigneter Wiederverwendungsaspekte einen für den Anwender intuitiven Workflow zur Erstellung der Automatisierungslösung anbietet. Das Konzept baut auf einem leicht zu erweiternden modularen Ansatz auf, mit dessen Hilfe die gesamte Automatisierungsinfrastruktur geplant werden kann und reicht über die Verlagerung von Steuerungsfunktionen von der SPS in den intelligenten Buskoppler bis in die Programmierung hinein. Darüber hinaus werden verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten des Konzeptes angeboten und somit die breiten Einsatzmöglichkeiten aufgezeigt.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Rechnerunterstützte Verfahren, Band 457, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-345720-5

Ewert, Daniel

Adaptive Ablaufplanung für die Fertigung in der Factory of the Future

Die vorliegende Arbeit wendet sich an Ingenieure und Wissenschaftler im Bereich der Produktionstechnik. Sie befasst sich mit Verfahren zur automatischen Erstellung, Planung und Steuerung flexibler Fertigungsprozesse. Ziel ist die Implementierung eines Steuerungssystems, welches automatisch Fertigungsabläufe aus der deklarativen Beschreibung eines anzufertigenden Produkts ableitet und ausführt. Dabei ist es in der Lage, den individuellen Fertigungsprozess jedes in der Fertigung befindlichen Produkts während der Fertigung so an die aktuelle Situation anzupassen, dass vorhandene Ressourcen optimal im Sinne eines gegebenen Zielsystems genutzt werden. Hierfür wird ein Modell zur Abbildung von Produkteigenschaften und Fertigungsressourcen entwickelt, im Anschluss daran werden Algorithmen entworfen, welche die genannte Funktionalität realisieren. Dabei werden jeweils zentrale und verteilte Ansätze implementiert und im Anschluss evaluiert. Die vorliegende Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgesellschaft DFG im Rahmen des Exzellenzclusters Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer gefördert.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Informatik/Informationstechnik, Band 830, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-383010-7

Bukowiec, Arkadiusz; Borowik, Gregorz; Doligalski, Michal

New Trends in digital systems design

Design of digital systems is a very important part of computer science and electronics, and it increased importance in recent years. Nowadays, digital systems are not only a hardware but also microprocessors, dedicated hardware and software for them. It can be said that they evaluate into embedded systems. The rapid growth of a silicon technology can be seen, but there is a lack of new, complex design methodologies of complete systems. To fill this gap there are published several papers about the recent research activities and achievements in the context of digital systems. These papers cover different aspects from system specification and architecture through system synthesis and analysis to system applications. The important aspect of communication protocols is also discussed in one chapter.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Informatik/Kommunikationstechnik, Band 836, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-383610-9

Kopfstedt, Thomas

Algorithms for planned and coordinated movement of formations of mobile systems

This work introduces a possible control architecture for formations of unmanned systems. To proof the capabilities, two parts are discussed in detail. These are global path planning using mixed integer programming and fuzzy control for reactive movement. In case of the mixed integer programming existing approaches have been widely extended to allow a description of 3D obstacles in a more native way and to support different platform limitations. The developed fuzzy control algorithms are designed to allow the control of stability of formations of unmanned vehicles for 2D and 3D cases in combination with collision avoidance. The results are discussed on the outcome of various simulations and based on a set of experiments.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, Band 1228, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-522808-7

Baier, Martin

Mechatronische Fahrwerke zur Komfortverbesserung in Schienenfahrzeugen und modellinverse Vermessung der Gleislage

Die Arbeit wendet sich an Ingenieure und Wissenschaftler, die im Bau und Betrieb von Schienenfahrzeugen tätig sind. Sie vergleicht im ersten Teil das Komfortverbesserungspotenzial aktiver Schienenfahrzeugfahrwerke mit passiven Fahrwerken. Nach Darstellung einer neuen Methode zur Kopplung von Mehrkörpersimulationsprogrammen und regelungstechnischer Simulationssoftware wird das Skyhook-Prinzip mit Hilfe der Kenntnis von Trassierung und aktueller Fahrzeugposition optimiert. Im zweiten Teil wird die Möglichkeit der Messung der Gleislage durch Beschleunigungsmessung am Wagenkasten und Inversion des Fahrzeugmodells hergeleitet, dargestellt und bewertet.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, Band 1229, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-522908-4

Jarmolowitz, Fabian

Robuste Modellprädiktive Regelung von Thermoakustischen Instabilitäten

Die vorliegende Arbeitet richtet sich an Ingenieure und Wissenschaftler im Bereich der Regelungstechnik, speziell der Verbrennungsregelung. Es wird ein Verfahren der robusten modellprädiktiven Regelung zur Prozessstabilisierung vorgestellt, welches auf kontrahierenden, invarianten Mengen beruht und damit sehr kurze Rechenzeiten zur Laufzeit ermöglicht. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, hochdynamische Verbrennungsprozesse zu stabilisieren und damit für die Technik nutzbar zu machen. In dieser Arbeit wird dies experimentell an einer Rijke-Röhre demonstriert.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, Band 1235, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-523508-5

Voigt, Thorsten

Entwurf von Zustandsschätzern für Multiraten-Abtastsysteme zur Lageregelung eines Roboterarms

In dieser Arbeit wird ein Konzept zur Absolutpositionierung eines zweiachsigen Robotersystems entwickelt, an dem Sensorinformationen mit unterschiedlichen Abtastzeiten verfügbar sind. Es werden Zustandsschätzer für lineare und nichtlineare Multiraten-Abtastsysteme betrachtet. Lineare Systeme werden unter Anwendung des Lifting-Operators in eine zeitinvariante Darstellung überführt. Mit den Methoden der Sensordatenfusion wird ein nichtlineares Multiratenfilter konzipiert. Eine Methodik zur Trajektorienplanung sowie eine nichtlineare Trajektorienfolgeregelung vervollständigen das Konzept.

VDI-Fortschritt-Berichte, Sachgebiet: Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, Band 1236, VDI-Verlag 2014, ISBN 978-3-18-523608-2

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