Erkennung menschlicher Aktivitäten durch Erfassung und Analyse von Bewegungstrajektorien

Das Verstehen menschlichen Verhaltens ist essenziell für intelligente technische Systeme in menschlichen Umgebungen. Diese Arbeit befasst sich mit der videobasierten Aktivitätsanalyse. Dazu werden zwei Methoden der Merkmalsextraktion untersucht: ein markerloses dreidimensionales Körpertracking mit einem evolutionären Algorithmus und ein modellfreies Tracking dynamischer Videomerkmale. Anschließend erfolgt eine Modellierung und Klassifikation von Aktivitäten auf Basis der gewonnenen Merkmale

Effizienzsteigerung bei Auslegung und Inbetriebnahme mechatronischer Systeme durch Verwendung modellbasierter Entwicklungsmethoden auf Basis offener Standards

Die Time-to-Market eines neuen mechatronischen Systems hat einen entscheidenden Einfluss auf den wirtschaftlichen Erfolg des Produktes. Eine Reduzierung der Time-to-Market muss daher eines der Hauptziele eines Unternehmens sein. Während die Produkte durch die Entwicklung hin zu cyber-physischen Systemen im Kontext von Industrie 4.0 zunehmend komplexer werden, sind die zugrundeliegenden Produktentwicklungsprozesse noch immer unverändert. Eine Betrachtung des in der VDI Richtlinie 2206 definierten klassischen Produktentwicklungsprozesses für mechatronische Systeme zeigt einige Potentiale zur Effizienzsteigerung auf. In sämtlichen Phasen der Produktentwicklung, von der Definition der Anforderungen bis hin zum Betrieb, ist es möglich, durch eine konsequente Umsetzung eines durchgängigen, modellbasierten Engineerings Zeiteinsparungen zu erzielen. In der vorliegenden Arbeit wird vor allem die Maschinenbau- und Automatisierungsbranche betrachtet und ein modellbasierter Entwicklungsprozess vorgestellt, der eine Effizienzsteigerung hauptsächlich innerhalb der Phasen der Auslegung und der Inbetriebnahme ermöglicht. Ein durchgängiges, modellbasiertes Engineering lässt sich jedoch nicht auf Basis kommerzieller Tools umsetzen. Der Fokus liegt auf einer Lösung, die auf offenen Standards basiert und somit toolunabhängig ist. An zwei praxisrelevanten Beispielen wird dargestellt, wie die Methoden in der Industrie zu einer Verbesserung des Produktentwicklungsprozesses beitragen können. Dazu wird in einem ersten Beispiel ein Gleichlaufsystem für zwei hydraulische Achsen, ein Standardfall in der hydraulischen Antriebstechnik, modellbasiert entwickelt. Abschließend wird die modellbasierte Entwicklungsmethodik an einem zweiten Beispiel, einer komplexen Flaschenabfüllanlage, gezeigt. An diesem Beispiel wird verdeutlicht, wie sich die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Bausteine auf Basis offener Standards ebenfalls in kommerzielle Softwaretools integrieren lassen

Modellbasierte Generierung und Reduktion von Testsuiten für Software-Produktlinien

Software-Produktlinienentwicklung ist ein Paradigma zur kostengünstigen Entwicklung vieler individueller aber sich ähnelnder Softwareprodukte aus einer gemeinsamen Softwareplattform heraus. Beispielsweise umfasst im Automotive-Bereich eine Software-Produktlinie (SPL) für ein Auto der Oberklasse typischerweise mehrere hunderttausend Softwaresystemvarianten. Um sicherzustellen, dass jede einzelne Produktvariante einer SPL in ihrer Funktionalität der Spezifikation entspricht, kann Testen verwendet werden. Da separates Testen jeder einzelnen Produktvariante meistens zu aufwändig ist, versuchen SPL-Testansätze die Gemeinsamkeiten der Produktvarianten beim Testen auszunutzen. So versuchen diese Ansätze geeignete Testartefakte wiederzuverwenden oder nur eine kleine repräsentative Menge von Produktvarianten stellvertretend für die ganze SPL zu testen. Da Software-Produktlinienentwicklung erst seit einigen Jahren verstärkt eingesetzt wird, sind im SPL-Test noch einige praxisnahe Probleme ungelöst. Beispielsweise existiert bisher kein Testansatz, mit dem sich eine gewisse Abdeckung bezüglich eines gewählten Überdeckungskriteriums auf allen Produktvarianten einer SPL effizient erreichen lässt. In dieser Arbeit wird ein Black-Box-Testfallgenerierungsansatz für Software-Produktlinien vorgestellt. Mit diesem Ansatz lassen sich für alle Produktvarianten einer SPL eine Menge von Testfällen aus einer formalen Spezifikation (Testmodell), die mit Variabilität angereichert wurde, effizient generieren. Diese Testfallmenge, im Folgenden als vollständige SPL-Testsuite bezeichnet, erreicht auf jeder Produktvariante der SPL eine vollständige Abdeckung bzgl. eines strukturellen Modell-Überdeckungskriteriums. Die Effizienz des Ansatzes beruht auf der Generierung von Testfällen, die variantenübergreifend wiederverwendbar sind. Dadurch müssen mit dem neuen Ansatz weniger Testfälle generiert werden als wenn dies für jede Produktvariante separat geschieht. Um bei Bedarf die Anzahl der generierten Testfälle reduzieren zu können, werden außerdem drei Algorithmen zur Testsuite-Reduktion vorgestellt. Die Neuerung der vorgestellten Algorithmen liegt im Vergleich zu existierenden Reduktionsalgorithmen für Testsuiten von Einzel-Softwaresystemen darin, dass die Existenz von variantenübergreifend verwendbaren Testfällen in einer SPL-Testsuite berücksichtig wird. Dadurch wird sichergestellt, dass trotz Testsuite-Reduktion die vollständige Testmodellabdeckung einer jeden Produktvariante durch die SPL-Testsuite erhalten bleibt. Sollte es aufgrund limitierter Ressourcen nicht möglich sein jede Produktvariante mit den in der vollständigen SPL-Testsuite enthaltenen Testfällen zu testen, kann mittels einer SPL-Testsuite eine kleine repräsentative Produktmenge aus der SPL bestimmt werden, deren Testergebnis (im begrenzten Rahmen) Rückschlüsse auf die Qualität der restlichen Produktvarianten zulässt. Zur Evaluation des Ansatzes wurde dieser prototypisch implementiert und auf zwei Fallbeispiele angewendet

Eine Technologie für das durchgängige und automatisierte Testen eingebetteter Software

Eingebettete Systeme unterliegen Anforderungen, die den Test der Software erforderlich machen. Zur Automatisierung werden dabei verschiedene Technologien eingesetzt: Für den Test nah am Quelltext sind spezielle Unit-Test Werkzeuge erforderlich, der Test von Steuer- und Regelfunktionen erfordert Model-, Software- und Hardware-in-the-Loop Werkzeuge. In dieser Arbeit wird deren Integrierbarkeit untersucht. Der Fokus liegt auf einer neuen Programmiersprache zur Implementierung von Testfällen

Modellbasiertes Konzept zur vollautomatisierten Montageendprüfung von asynchron angetriebenen Getriebemotoren im lastlosen Zustand

Durch das Gesamtsystem vollautomatisierte Montageendprüfung von Getriebemotoren wird ein neuer Ansatz in Bezug auf die Massenprüfung von individuell konfigurierten Produkten, die den Richtlinien eines Baukastensystems folgen, vorgestellt. Die Herausforderung des neuen Ansatzes besteht darin, die Variantenvielfalt abzubilden und effiziente visuelle und akustische Prüfalgorithmen zu entwickeln. Durch die ganzheitliche Betrachtung werden Potentiale zur Effizienzsteigerung der Endprüfung aufgezeigt

Systematische Analyse des aktuellen Forschungsstandes von Prozessmodellen im Kontext der Industrie 4.0

Die Schlagwörter Smart Factory, Cloud-Computing sowie Internet-of-Things sind in den ver-gangenen Jahren in den Fokus von Wirtschaft und Politik gerückt. Sie stehen für einen ver-meintlichen Paradigmenwandel, der sogenannten vierten industriellen Revolution, die im deutschsprachigen Raum unter dem Konzept der „Industrie 4.0“ bekannt ist. Die vorliegende Masterarbeit gibt einen umfassenden Überblick über die aktuellen Verständ-nisse von Prozessmodellen und deren mögliche Anwendungen im Zusammenhang mit den Themen dieser vierten industriellen Revolution. Ziel der Arbeit ist es, mit Hilfe einer systema-tischen Analyse der aktuellen Fachliteratur verschiedene Prozessmodellierungsansätze im Kontext der Industrie 4.0 zu identifizieren und zu präsentieren. In diesem Zusammenhang wird eine Untersuchung über den zeitlichen Verlauf von Publikationen, über die unterschiedlichen Themenschwerpunkte der wissenschaftlichen Untersuchungen und der Relevanz für die je-weiligen Forschungsgebiete durchgeführt. Vor dem Hintergrund der Industrie 4.0 sollen die Untersuchungsergebnisse momentane An-wendungsgebiete der Prozessmodellierung in Unternehmen und Forschungsbemühungen der Wissenschaft aufzeigen, sowie weitere potenzielle Applikationen und offene Fragen untersu-chen

Dagstuhl-Workshop MBEES:

modellbasierte automobile Steuergeräteentwicklun

Modellbasiertes Konzept zur vollautomatisierten Montageendprüfung von asynchron angetriebenen Getriebemotoren im lastlosen Zustand

By the overall system of a fully automated final inspection of gearmotors, a new approach, in terms of the mass quality inspection of individually configured products according to the guidelines of a modular system, is presented. The challenge of the new approach is to map the product variety and to design effective visual and acoustic testing algorithms. Through a comprehensive consideration of the process the potential to increase the efficiency of the final inspection is demonstrated

Automatisierte Generierung, Adaption und Rekonfiguration von Co-Simulationen für modulare Produktionsanlagen

Simulation nimmt eine zunehmend wichtige Rolle im Engineering und Betrieb von Maschinen und Anlagen ein. Simulation kann genutzt werden, um Experimente an noch nicht existierenden oder zur Verfügung stehenden Anlagen durchzuführen, um unterschiedliche Systemkonfigurationen zu testen oder um Informationen über nicht beobachtbare interne Vorgänge zu sammeln. Um volatilen Anforderungen und Randbedingungen (z. B. durch Kunden, neue Normen, Gesetze und Richtlinien, Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz) gerecht zu werden und dabei trotz allem die Rentabilität der Produktionsanlagen sicherzustellen, werden diese Anlagen zunehmend in modularer Bauweise konzipiert. Durch die Wandelbarkeit der Anlage nehmen die ohnehin umfangreichen manuellen Abläufe, die mit deren Modellierung und Simulation einhergehen, noch weiter zu. Diese Modellierungstätigkeiten sind fehleranfällig, kostenintensiv und erstrecken sich über den kompletten Lebenszyklus der Produktionsanlage. Folglich wird eine Lösungsmethode benötigt, welche es Ingenieuren ermöglicht, Simulation unkompliziert, schnell und kosteneffizient über den kompletten Lebenszyklus einer modularen Produktionsanlage einsetzen zu können. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein Lösungskonzept für die (teil-)automatische Generierung, Adaption und (Re-)Konfiguration von Simulationsmodellen für modulare Produktionsmaschinen und -anlagen zu entwickeln. Hierzu werden einerseits die Voraussetzungen analysiert, die erfüllt werden müssen, um eine solche (Teil-)Automatisierung zu erreichen. Des Weiteren wird erläutert, welche Informationen benötigt werden und welcher Automatisierungsgrad für die Modellgenerierung und -adaption erzielt werden kann. Aus dem formulierten Handlungsbedarf werden insgesamt neun Anforderungen, die verschiedene Lebenszyklusphasen adressieren, abgeleitet. Die umfassende Analyse des Stands von Wissenschaft und Technik hat ergeben, dass keiner der bestehenden Lösungsansätze alle entwickelten Anforderungen vollumfänglich erfüllt. Der Hauptgrund hierfür ist, dass keine der bestehenden Lösungen mit dem Ziel entworfen wurde, den kompletten Lebenszyklus der Anlage abzudecken. Aus diesem Defizit ergab sich der Handlungsbedarf, ein neues, lebenszyklusübergreifendes Lösungskonzept zu entwickeln. Bei dem in dieser Arbeit entwickelten Gesamtkonzept handelt es sich, entsprechend der Lebenszyklusphasen Inbetriebnahme, Betrieb und Umbau, um ein dreistufiges Konzept. Die jeweiligen Konzeptstufen bauen dabei auf den vorherigen auf. Zur Überprüfung des vorgestellten Gesamtkonzepts hinsichtlich der definierten Anforderungen wurde ein prototypisch implementiertes Assistenzsystem auf zwei modulare Produktionsanlagen aus unterschiedlichen Domänen des Maschinen- und Anlagenbaus angewandt. Die Validierung hat gezeigt, dass das Assistenzsystem für beide Systeme über deren kompletten Lebenszyklus angewandt werden kann und dadurch der manuelle Modellierungsaufwand sowie die starke Abhängigkeit vom individuellen Wissen der Modellierungsexperten reduziert wird. Das Assistenzsystem, welches eine Implementierung des Lösungskonzepts darstellt, erfüllt alle definierten Anforderungen. Weiterhin konnten, im Rahmen der Kapitel zu den jeweiligen Teilkonzepten, die aufgestellten Forschungsfragen bezüglich der Voraussetzungen, der benötigten Informationen und des erreichten Automatisierungsgrades beantwortet werden. Den Abschluss der Arbeit bildet eine kritische Würdigung, in der die offenen Punkte des entwickelten Konzepts als Basis für Folgearbeiten erläutert werden