Model-based condition and process monitoring based on socio-cyber-physical systems

Die produzierende Industrie strebt im Rahmen der vierten industriellen Revolution, Industrie 4.0, die Optimierung der klassischen Zielgrößen Qualität, Kosten und Zeit sowie Ressourceneffizienz, Flexibilität, Wandlungsfähigkeit und Resilienz in globalen, volatilen Märkten an. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von Smart Factories, in denen sich relevante Objekte, Produktions-, Logistik- und Informationssysteme sowie der Mensch vernetzen. Cyber-physische Systeme (CPS) tragen als sensorisierte und aktorisierte, resiliente und intelligente Gesamtsysteme dazu bei, Produktionsprozesse und -maschinen sowie die Produktqualität zu kontrollieren. Vordergründig wird die technische Komplexität von Produktionssystemen und damit auch zugehöriger Instandhaltungsprozesse durch die Anforderungen an deren Wandlungsfähigkeit und den zunehmenden Automatisierungsgrad ansteigen. Heraus-forderungen bei der Entwicklung und Implementierung von CPS liegen in fehlenden Interoperabilitäts- und Referenzarchitekturkonzepten sowie der unzureichend definierten Interaktion von Mensch und CPS begründet. Sozio-cyber-physische Systeme (Sozio-CPS) fokussieren die bidirektionale Interaktion von Mensch und CPS und adressieren diese Problemstellung. Gegenstand und Zielstellung dieser Dissertationsschrift ist die Definition von Sozio-CPS in der Domäne der Zustands- und Prozessüberwachung von Smart Factories. Untersucht werden dabei Nutzungsszenarien von Sozio-CPS, die ganzheitliche Formulierung von Systemarchitekturen sowie die Validierung der entwickelten Lösungsansätze in industriellen Anwendungsszenarien. Eine erfolgreiche Umsetzung von Sozio-CPS in drei heterogenen Validierungsszenarien beweist die Korrektheit und Anwendbarkeit der Lösungsansätze.Within the scope of the fourth industrial revolution, Industry 4.0, the manufacturing industry is trying to optimize the traditional target figures of quality, costs and time as well as resource efficiency, flexibility, adaptability and resilience in volatile global markets. The focus is on the development of smart factories, in which relevant objects and humans are interconnected . Cyber-physical systems (CPS) are used as sensorized and actuatorized, resilient and intelligent overall systems to control production processes, machines and product quality . The technical complexity of production systems and their associated maintenance processes are rising due to the demands on their adaptability and the increasing automation. Challenges in the development and implementation of CPS include the lack of interoperability and reference architecture concepts as well as the insufficiently defined interaction of people and CPS. Socio-cyber-physical systems (Socio-CPS) focus on bidirectional interaction of humans and CPS to address this problem. The scope and objective of this dissertation is to define Socio-CPS in the condition and process monitoring of smart factories. This dissertation utilizes scenarios of Socio-CPS, holistically defines system architectures and validates the solutions developed in industrial applications. The successful implementation of Socio-CPS in three heterogeneous validation scenarios proves the correctness and applicability of the solutions

5. Fachkolloquium der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Technische Logistik (WGTL): Technische Universität Ilmenau 1. - 2. Oktober 2009

Zum 5. Male veranstaltet die Wissenschaftliche Gesellschaft für Technische Logistik (WGTL) ein Fachkolloquium. Es dient natürlich der Bestandsaufnahme dessen, was aktuelle Forschungsschwerpunkte der Institute der WGTL sind. Wie könnten sich die unterschiedlichen Akzentsetzungen besser erkennen lassen als in der Forschung. Technische Logistik, oder um den neuen In-Begriff „Intralogistik“ zu verwenden, operiert nicht abstrakt fern der Realität sondern ist als angewandte Wissenschaft auf den Kontakt mit der Praxis, auf die Konfrontation mit deren Problemen heute und den absehbaren von morgen angewiesen. Dass wir alle dies so sehen, ist aus den 30 Beiträgen des Kolloquiums deutlich erkennbar

Ein neues Konzept für die Optimierung intelligenter Aktoren im Bereich beweglicher elektrischer Verbraucher

Die Smart Factory, auch als intelligente Fabrik bezeichnet, steht als Synonym für die Schaffung von effektiven und flexiblen Produktionsumgebungen in der Industrie durch Digitalisierung und cyber-physische Systeme. Um Fertigungs- und Produktionsanlagen flexibel und effizient in den Produktionsablauf zu integrieren, spielt auch die Einbindung von mobilen Anwendungen im Bereich des Maschinenbaus und deren Komponenten eine wichtige Rolle. Ermöglicht wird die intelligente Fabrik u.a. auch durch die Verwendung kompakter mechatronischer Systeme und deren Teilkomponenten wie Sensoren, Aktoren und der dazugehörigen Mikroelektronik. Hier stellt sich die Frage, wie die Energiezuführung und die Datenanbindung flexibel zu solchen mobilen Anwendungen bzw. zu den intelligenten mechatronischen Systemen bereitgestellt werden kann. Diese Dissertation liefert einen Beitrag zur Entwicklung eines intelligenten Aktors im Bereich der berührungslosen induktiven Energie- und Datenübertragung für mobile Anwendungen bzw. beweglichen elektrischen Verbrauchern. Das vorgestellte neue Konzept zeigt den Aufbau und die Realisierung des intelligenten Aktors. In einem ersten Schritt wird ein induktives kontaktloses Energieübertragungssystem an einem Funktionsmuster aufgebaut. Auf Grundlage einer OFDM-basierten Datenkommunikation und durch die Integration eines entwickelten Zeitstempelverfahrens sind eine Kommunikation und Synchronisation am Funktionsmuster über das kontaktlose Energieübertragungssystem möglich. Dabei wird auch gezeigt, dass sich die Taktfrequenz für die Synchronisierungsvorgänge bei der Übertragung von Daten zwischen den einzelnen Kommunikationsteilnehmern deutlich reduzieren lässt. Untersucht wird dabei die Ganggenauigkeit bzw. die Frequenzkonstanz von verschiedenen Oszillatorklassen. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden der Entwurf und die Entwicklung einer Hardware- und Regelungsplattform für einen intelligenten Aktor gezeigt und erarbeitet. Innerhalb eines SoPC-basierten Embedded Systems wird ein kompaktes und skalierbares Motorsteuerkonzept für den Betrieb einer PMSM vorgestellt. Im letzten Teil der Arbeit wird die Entwicklung und die Umsetzung eines prädiktiven Regelungsverfahrens in einer durchgeführten Simulation vorgestellt. In der Simulation werden die Vorteile und die Leistungsfähigkeit der MPC-Regelung im Vergleich zu einer klassischen PID-Kaskadenregelung für das Stör- und Führungsverhalten für den Betrieb einer PMSM aufgezeigt

Energieforschung Teil 1 und 2: Manuskripte der Vorlesungen des 2. Jülicher Ferienkurses "Energieforschung" vom 22. September bis 2. Oktober 1996 im Forschungszentrum Jülich

Mit dem 2. Ferienkurs $\textit{Energieforschung}$ wenden sich die Veranstalter erneut an Studierende und jüngere WissenschaftlerInnen auf dem Gebiet $\textit{Energieforschung}$. Der Ferienkurs vemittelt Kenntnisse im Umfeld von Technik, Wirtschaft und Wissenschaft. Im Vordergrund steht die ganzheitliche Betrachtung energietechnischer und energiewirtschaftlicher Systeme mit ihren Auswirkungen auf die Umwelt. In Anbetracht der Komplexität der zu betrachtenden Systeme kann dies nur an Hand ausgewählter Beispiele erfolgen. Ein Blick auf Themen, die in der (deutschen) Energiewirtschaft gegenwärtig diskutiert werden, zeigt, daß zum Teil beachtliche Fortschritte zu verzeichnen sind: • Die Modernisierung des Kraftwerkparks, insbesondere in den neuen Bundesländern, schreitet weiter voran. Hier sei beispielhaft das Braunkohlen-Großkraftwerk in Schkopau genannt, das 1996 in Betrieb genommen wurde. Fortschritte sind nicht nur auf dem Gebiet der konventionellen Kraftwerkstechnik zu verzeichnen, sondern auch bei zukünftigen Optionen. Das Fusionsexperiment WENDEL STEIN 7-X erhielt eine Finanzierungszusage der Kommission der EG über Investitionen von 320 Mio. DM. • Die regenerativen Energiequellen werden zunehmend stärker auch bei größeren Demonstrationsvorhaben genutzt. Das in Betrieb genommene Solarkraftwerk des Wissenschaftspark Gelsenkirchen besitzt die derzeit größte, auf einem Dach errichtete Solaranlage der Welt. Die Betreiber rechnen mit 190000 kWh Solarstrom pro Jahr. Die Rolle der regenerativen Energiequellen und ihr Beitrag zur Stromversorgung in Deutschland wird gegenwärtig am Stromeinspeisegesetz problematisiert. • Seit April 1995 gilt die Umweltaudit-Verordnung zur Verbesserung des betrieblichen Umweltschutzes in allen Mitgliedsstaaten der Europäischen Union. Die Gas-, Elektrizitätsund Wasserwerke Köln AG ist das erste Energieversorgungsunternehmen in Deutschland, das eine validierte Umwelterkiärung abgegeben hat und in das EG-Verzeichnis der eingetragenen Standorte aufgenommen wurde. • Die energiepolitische Komponente der Diskussion um den Standort Deutschland geht von einem stagnierenden Primärenergiebedarf sowie einer zunehmenden Integration in den europäischen Energiemarkt aus. Innerhalb der EU zeichnet sich ein Kompromiß über die Gestaltung der ersten Schritte zu einem Binnenmarkt ab. Die leitungsgebundene Energiewirtschaft steht in diesem Zusammenhang mit der zu erwartenden Änderung des Energiewirtschafts- und Kartellgesetzes vor großen Veränderungen, die bis in die Organisationsstruicturen der Unternehmen ausstrahlen. • Die internationale Situation läßt sich zum einen durch eine voraussichtlich auf längere Sicht weiter steigende Nachfrage nach Primärenergie und auf der anderen Seite durch Maßnahmen zum Klimaschutz charakterisieren. Die Wechselwirkungen und Implikationen dieser beiden zum Teil gegenläufigen Trends waren Gegenstand der Weltenergiekonferenz in Tokio. Joint Implementation scheint als Instrument geeignet, einen Kompromiß zwischen technischen Möglichkeiten in den hochindustrialisierten Ländern und einer wachsenden Nachfrage nach Energie in den weniger entwickelten Ländern mit hohem Wirtschaftswachstum zu bieten. Die im Sommer 1996 publizierten Ergebnisse des Intergovemmental Panel on Climate Change (IPCC) bestätigen und präzisieren die Kenntnisse über den anthropogenen Treibhauseffekt. Sie liefern die Grundlage rur eine Beratung von weitergehenden Maßnahmen zum Klimaschutz. [...