Promotionsvorhaben

Am IaAM werden im Rahmen von Joint-PhD Programmen neue wissenschaftliche Erkenntnisse erarbeitet und umgesetzt. Die Kooperation des IaAM mit international renommierten Universitäten schafft ein Umfeld, das anwendungsorientierte Forschung auf Spitzenniveau ermöglicht

  • TUT
  • RMIT
  • TUC

Tshwane University of Technology

Die Technische Universität Tshwane (englisch Tshwane University of Technology), kurz TUT, wurde am 1. Januar 2004 durch die Zusammenführung ihrer Vorläufereinrichtungen Technikon Northern Gauteng, Technikon North-West und Technikon Pretoria gegründet. Mit über 60.000 Studierenden ist die TUT einer der größten Universitäten Südafrikas.

 


Entwicklung und Steuerung eines Kletterroboters für Windkraftanlagen

Josef Franko

Windkraftanlagen (WA) gewinnen an Bedeutung für eine nachhaltige Energie­versorgung. Der Zugang für die Wartung der Strukturteile ist aufgrund der schwierigen Wetterbedingungen und der großen Dimensionen moderner Windkraftanlagen problematisch. Der aktuelle Stand der Technik beim Zugang zu den Strukturen von Windkraftanlagen ist der Einsatz von Industrie­kletterern und seilgestützten Wartungs­plattformen. Für beide Lösungen sind aufgrund der begrenzten Stabilität gegenüber Windkräften stabile Wetterbedingungen erforderlich.

Diese Arbeit trägt zur Entwicklung eines Turmkletterroboters (TKR) bei. Die Konstruktion verwendet einen auf Reibung basierenden Klettermechanismus ohne die Notwendigkeit von Seilen. Dadurch kann die Wartung auch bei instabilen Wetter­bedingungen durchgeführt werden. Der Klettermechanismus hat zwei Subsysteme für die Fortbewegung und die Adhäsion. Reibungsbasiertes Klettern erfordert Adhäsionskräfte. Der Adhäsionsmechanismus ist auf verschiedene Turmdurchmesser einstellbar. Bei der Entwicklung des TKR wurden mechanisches Design, Sensorintegration und Controller-Layout kombiniert. Das primäre Ziel ist die Optimierung der Roboterkinematik und -dynamik, wobei die Adhäsionskräfte an die Tragfähigkeit des Turms angepasst werden müssen.

Der TKR stellt eine mobile autonome Plattform für verschiedene WA-Wartungsanwendungen dar. Fortschrittliche mobile Robotik auf Basis des Robot Operating System (ROS) ist die Schlüssel­technologie, die es dem TKR ermöglicht, autonom zu arbeiten.


Autonome mobile Manipulation für kollaborative Mensch-Roboter Anwendungen in industriellen Umgebungen

Heiko Engemann

Heutige Produktionsstrukturen sind größtenteils für konstant große Produktions­chargen und definierte Produkte ausgelegt. Allerdings hat in den letzten Jahren die Nachfrage nach kundenspezifischen bzw. benutzerdefinierten Produkten die Anforderungen an die industrielle Automatisierung verändert.

Der Einsatz autonomer mobiler Manipulatoren im Produktionsprozess ist ein Ansatz für die Umsetzung einer flexibleren und agileren Automatisierung. Die Soft- und Hardware­komponenten eines solchen autonomen industriellen mobilen Manipulators (AIMM) müssen den besonderen Anforderungen einer flexiblen industriellen Produktionsumgebung entsprechen.

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung eines autonomen mobilen Manipulators, der mit menschlichen Arbeitern in einem industriellen Produktions­szenario zusammenarbeitet. Hierbei werden alle Kernbereiche der mobilen Manipulation: Mapping, Lokalisierung, Pfadplanung, visuelles Servoing, Arbeitsraumüberwachung sowie Bahnplanung abgedeckt. Trotz der Tatsache, dass in den letzten Jahren viele Forschungs­arbeiten das Thema der mobilen Manipulation behandelt haben, ist diese Technologie noch kein Bestandteil heutiger Produktionsprozesse. Der Grund hierfür liegt in der extrem hohen Komplexität des Gesamt­systems. Ziel dieser Arbeit ist daher insbesondere Bottlenecks bei der Implementierung von AIMMs aufzuzeigen und Konzepte zu deren Beseitigung zu entwickeln.


 

 

 

RMIT University

Das Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) ist eine australische Partneruniversität der FH Aachen am Hauptstandort Melbourne. 1887 gegründet sind derzeit über 64.000 Studierende an der Universität eingeschrieben.

 


Generische Integration von Augmented und Virtual Reality in Produktlebenszyklen

Jessica Ulmer

Augmented Realtity (AR) und Virtual Reality (VR) spielen eine wichtige Rolle für die Implementierung von Industrie 4.0 – insbesondere in den Bereichen des virtuellen Prototypings sowie der AR unterstützten Produktion und Wartung. Daher ist eine holistische Integration dieser Technologien in bereits bestehende Prozessstrukturen essentiell, um die Wettbewerbsfähigkeit kleiner und mittelständischer Unternehmen zu erhalten und auszubauen.

Die in einem ersten Schritt durchgeführte Analyse zur Verteilung der derzeit genutzten Technologien über den Produktlebenszyklus zeigt eine ungleiche Verteilung von AR und VR. Zu Beginn des Produktlebenszyklus, d.h in der Entwicklung sowie Validierung des Produktes, werden verstärkt VR Applikationen genutzt. Zudem erfolgen Trainingsapplikationen sicherheitskritischer oder kostenintensiver Situationen häufig im VR Bereich. AR hat dagegen an Handarbeitsplätzen den Sprung in Produktionsumgebungen zur Unterstützung des Mitarbeiters geschafft. Jedoch muss in beiden Bereichen festgestellt werden, dass es sich bei den Anwendungen meist um Spezialfälle und nicht um standardmäßig genutzte Technologien handelt.

Als Gründe für die lediglich geringe Nutzung der virtuellen Technologien im Mittelstand werden meist die fehlende Skalierbarkeit, der hohe Aufwand sowie das fehlende Wissen der Mitarbeiter genannt. Um diese Probleme anzugehen, werden am IaAM Strategien entwickelt, um mittels einer einheitlichen Datenbank bereits bestehende CAD Modelle für AR und VR weiterzuverwenden. Die Erstellung aufwändiger Modelle, welche lediglich für AR oder VR Einsätze genutzt werden, soll daher deutlich reduziert und die Einsatzschwelle für Firmen und deren Mitarbeiter gesenkt werden.


Microservice Architektur für die Automatisierungstechnik

Sebastian Braun

Gerade im Mittelstand ist heute ein breites Spektrum unterschiedlicher proprietäre Systemlösungen vorhanden. Diese basieren in der Regel auf monolithischer Software, die den neuen Anforderungen an eine universelle, anwendungsübergreifender Kommunikation nicht gerecht werden. Wie im Rahmen von Industrie 4.0 vorgeschlagen müssen, klassische Strukturen aufgebrochen werden, um dem Wunsch nach integrierbaren, flexiblen und skalierbaren Systemen nachzukommen. Das Referenz Architektur Modell RAMI 4.0 (DIN 91345) bietet den Rahmen und beschreibt sowohl die Datensicht als auch die prinzipielle Kommunikation zwischen Industrie 4.0-Assets und der Infrastruktur. Eine konkrete Realisierung ist bis zum bisherigen Zeitpunkt noch nicht vorhanden.

Diese Arbeit verfolgt den Ansatz ein auf die Problemstellungen der Automatisierungstechnologie zugeschnittenes Framework auf der Basis von Mehragentensystemen bereit zu stellen. Als Agenten sind konfigurierte Anwendungen nach dem Microservice-Gedanken zu verstehen, die unter anderem als zentrale Vermittlungsstelle zwischen Datensätzen und Datenquellen dienen. Jede (aktive) Partei, dh. Kunde, Auftrag, Maschine oder Produkt, erhält so eine dezentrale Intelligenz mit der sie sich selbst verwaltet. Unabhängige und spezialisierte Agenten bilden eine wiederverwendbare Abstraktionsschicht, die eine umfassende Modularisierung ermöglicht. Dies ermöglicht sowohl ganzheitliche Implementierungen über die gesamte Unternehmensstruktur, als auch leicht zu integrierende und flexible spezifische Lösungen mit zu geringem Anpassungsaufwand.


 

 

 

Technical University of Cluj-Napoca

Mit rund 21.000 Studierenden ist die Technische Universität Cluj-Napoca (TUC) die zweitgrößte ihrer Art in Rumänien. 2010 wurde die Nord Universität Baia Mare eingegliedert. Die TU Cluj-Napoca gehört zu den nur 11 rumänischen Hochschulen, an denen ein Doktorgrad erworben werden kann.

 


Basic research on direct printed injection molds made from high performance plastics

Karim Abbas

Die fertigende Industrie ist zunehmend auf innovative Technologien angewiesen, um schnell und flexibel Güter zu produzieren. Hier kristallisiert sich die Additive Fertigung als einer der jüngsten und wichtigsten Fertigungsverfahren heraus. Das sogenannte Schichtbauverfahren, auch unter dem Begriff 3D-Druck bekannt, ermöglicht durch die Verfahrensart und diversen Materialien ungeahnte Möglichkeiten der Fertigung. Nahezu jede Geometrie ist mit nur einer Anlage realisierbar. Mit dieser Technologie können Prozessketten entscheidend beeinflusst und verkürzt werden. Dies reduziert die Fertigungszeit, kann den Einsatz von Ressourcen minimieren, reduziert den maschinellen Aufwand und folglich auch die Kosten.

Diese Eigenschaften sind für den Einsatz bei der Werkzeugherstellung überaus vorteilhaft. Die Herstellung eines Spritzgusswerkzeugs ist sehr kosten- sowie zeitintensiv. Bei der Auslegung eines Werkzeuges wird ein fundiertes Knowhow vom Konstrukteur und vom Anlagentechniker benötigt. Doch auch mit viel Erfahrung sind mehrere iterative Schritte notwendig, um zum endgültigen Werkzeug zu gelangen. Die Entwicklungsdauer ist demnach enorm.

An dieser Stelle soll die additive Fertigung ihren Einsatz finden und die Möglichkeit zu einer Effizienten Werkzeugentwicklung eröffnen.  Ferner soll hierzu der Einsatz von sogenannten Hochleistungspolymeren verhelfen. Die hohe Temperaturbeständigkeit und die hohen mechanischen Eigenschaften sind dabei das wichtigste Auswahlkriterium für den geplanten Einsatz als Werkzeugmaterial.


Flexibilization of Production Systems through Additive Manufacturing

Angela Luft

Die erfolgreiche Etablierung eines wirtschaftlich sinnvollen Flexibilitätsgrades stellt eine große Herausforderung für Unternehmen dar. Die bestehenden Flexibilitätstheorien der letzten Jahrzehnte sind durch die Grenzen der Flexibilisierung von Produktionssystemen mittels konventioneller Fertigungstechnologien zwangsläufig auf wiederkehrende Probleme und Gestaltungsgrenzen gestoßen.

Hier verbirgt sich ein großes Potenzial in einem Überdenken der bestehenden Forschung zur Flexibilisierungstheorie mit Hilfe von additiven Technologien (AM): Aufgrund ihrer natürlich gegebenen sehr hohen Flexibilität bietet AM eine mögliche Lösung, um das Dilemma konventioneller Fertigungstechniken und Flexibilitätskonzepte zu lösen. Um dieses Potenzial zu erschließen, ist jedoch ein neuer Ansatz zur Bewertung der Flexibilität und zum Verständnis der additiven Fertigung erforderlich. Derzeit fehlen jedoch Indikatoren für eine mehrdimensionale Bewertung der AM-Potenziale, eine Integration von AM in Flexibilitätstheorie sowie eine mehrdimen­sionale Gesamtbewertung des Nutzens der Technologie abseits der Stückkosten­betrachtung (z.B. Lagerbestände, OEE, Durchlaufzeit, Rüstkosten).

Das Dissertationsprojekt wird ein erster Ansatz sein, um die Forschungslücke zu schließen, indem ein Bewertungsmodell zur Flexibilisierung eines Produktionssystems durch den Einsatz der AM-Technologie untersucht wird. Damit wird ein neuer Ansatz zur Flexibilisierung von Produktionssystemen mittels Additiver Fertigung geschaffen und die bestehenden Flexibilisierungstheorien erweitert.


 

 

 

 

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