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

Bedarfsorientierte Rekonfiguration einer Co-Simulation für diskrete Fertigungsanlagen

Simulation nimmt eine wesentliche Rolle im Engineering und Betrieb von Maschinen und Anlagen ein. Der manuelle Aufwand, der mit der Modellierung, Simulation sowie der Wartung und Pflege der Modelle einhergeht, ist jedoch nach wie vor über alle Lebenszyklusphasen hinweg erheblich. So müssen Modelle aus unterschiedlichen Disziplinen, wie beispielsweise der Mechanik, der Thermodynamik oder der Elektrik, zu einem Gesamtmodell gekoppelt werden. Kommt es im weiteren Verlauf zu umbaubedingten Änderungen der Anlage, muss das Modell wiederum einem Update unterzogen werden, was erneuten Aufwand bedeutet. In diesem Beitrag erweitern die Autoren ihr bereits vorgestelltes Konzept eines Assistenzsystems zur automatischen Konfiguration und betriebsparallelen Adaption von Co-Simulationen. Ziel ist es, dass produktionsbedingte Umbaumaßnahmen an der realen Anlage automatisch festgestellt, in die Co-Simulation überführt und in einem bestehenden Beschreibungsmittel der Anlage dokumentiert werden. Das erweiterte Konzept wird anhand von zwei industriellen Anwendungsbeispielen aus unterschiedlichen Bereichen der Fertigungstechnik prototypisch validiert

Bedarfsorientierte Rekonfiguration einer Co-Simulation für diskrete Fertigungsanlagen

Simulation nimmt eine wesentliche Rolle im Engineering und Betrieb von Maschinen und Anlagen ein. Der manuelle Aufwand, der mit der Modellierung, Simulation sowie der Wartung und Pflege der Modelle einhergeht, ist jedoch nach wie vor über alle Lebenszyklusphasen hinweg erheblich. So müssen Modelle aus unterschiedlichen Disziplinen, wie beispielsweise der Mechanik, der Thermodynamik oder der Elektrik, zu einem Gesamtmodell gekoppelt werden. Kommt es im weiteren Verlauf zu umbaubedingten Änderungen der Anlage, muss das Modell wiederum einem Update unterzogen werden, was erneuten Aufwand bedeutet. In diesem Beitrag erweitern die Autoren ihr bereits vorgestelltes Konzept eines Assistenzsystems zur automatischen Konfiguration und betriebsparallelen Adaption von Co-Simulationen. Ziel ist es, dass produktionsbedingte Umbaumaßnahmen an der realen Anlage automatisch festgestellt, in die Co-Simulation überführt und in einem bestehenden Beschreibungsmittel der Anlage dokumentiert werden. Das erweiterte Konzept wird anhand von zwei industriellen Anwendungsbeispielen aus unterschiedlichen Bereichen der Fertigungstechnik prototypisch validiert

Brain activity during syntactic and semantic processing - a magnetoencephalographic study

Drawings of objects were presented in series of 54 each to 14 German speaking subjects with the tasks to indicate by button presses a) whether the grammatical gender of an object name was masculine ("der") or feminine ("die") and b) whether the depicted object was man-made or nature-made. The magnetoencephalogram (MEG) was recorded with a whole-head neuromagnetometer and task-specific patterns of brain activity were determined in the source space (Minimum Norm Estimates, MNE). A left-temporal focus of activity 150-275 ms after stimulus onset in the gender decision compared to the semantic classification task was discussed as indicating the retrieval of syntactic information, while a more expanded left hemispheric activity in the gender relative to the semantic task 300-625 ms after stimulus onset was discussed as indicating phonological encoding. A predominance of activity in the semantic task was observed over right fronto-central region 150-225 ms after stimulus-onset, suggesting that semantic and syntactic processes are prominent in this stage of lexical selection

Mapping the brain's orchestration during speech comprehension: task-specific facilitation of regional synchrony in neural networks

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>How does the brain convert sounds and phonemes into comprehensible speech? In the present magnetoencephalographic study we examined the hypothesis that the coherence of electromagnetic oscillatory activity within and across brain areas indicates neurophysiological processes linked to speech comprehension.</p> <p>Results</p> <p>Amplitude-modulated (sinusoidal 41.5 Hz) auditory verbal and nonverbal stimuli served to drive steady-state oscillations in neural networks involved in speech comprehension. Stimuli were presented to 12 subjects in the following conditions (a) an incomprehensible string of words, (b) the same string of words after being introduced as a comprehensible sentence by proper articulation, and (c) nonverbal stimulations that included a 600-Hz tone, a scale, and a melody. Coherence, defined as correlated activation of magnetic steady state fields across brain areas and measured as simultaneous activation of current dipoles in source space (Minimum-Norm-Estimates), increased within left- temporal-posterior areas when the sound string was perceived as a comprehensible sentence. Intra-hemispheric coherence was larger within the left than the right hemisphere for the sentence (condition (b) relative to all other conditions), and tended to be larger within the right than the left hemisphere for nonverbal stimuli (condition (c), tone and melody relative to the other conditions), leading to a more pronounced hemispheric asymmetry for nonverbal than verbal material.</p> <p>Conclusions</p> <p>We conclude that coherent neuronal network activity may index encoding of verbal information on the sentence level and can be used as a tool to investigate auditory speech comprehension.</p