Fay, Alexander

The integration of increasing shares of intermittent renewable energy necessitates flexibility in both energy generation and consumption. Typically, the operation of flexible energy resources is orchestrated through optimization models. However, the manual creation of these models is a complex and error-prone task, often requiring the expertise of domain specialists. This work introduces a methodology for the automatic generation of optimization models for systems of flexible energy resources to simplify the modeling process and increase the use of energy flexibility. This methodology utilizes a modular, generic model structure designed to depict systems of flexible energy resources. It incorporates algorithms for model parameter derivation from operational data and an information model that represents the system’s structure and dependencies of resources. The efficacy of this methodology is demonstrated in two case studies, highlighting its relevance and ability to significantly streamline the optimization modeling process by minimizing the need for manual intervention.

Das Kaltgasspritzen entwickelt sich zu einem Verfahren mit großem Potenzial für die Reparatur metallischer Bauteile, insbesondere für das Aufbringen von hitze- und oxidationsempfindlichen Materialien. In diesem Zusammenhang ermöglicht der Einsatz von Automatisierung und Robotik eine flexible Steuerung des Reparaturprozesses. Um einen optimalen Reparaturprozess zu gewährleisten, müssen die verschiedenen Anforderungen des robotergeführten Kaltgasspritzens bereits in der simulativen Planungsphase berücksichtigt werden. Herkömmliche Trajektorien zum Materialauftrag berücksichtigen jedoch oft nicht die bei Reparaturen zu beachtenden geometrischen Randbedingungen des Materialaufbaus, den effizienten Materialeinsatz und die zugrundeliegenden Einschränkungen der Roboterkinematik. In dieser Arbeit wird daher ein Konzept zur automatisierten Trajektorienplanung und anschließenden Trajektorienoptimierung zur Reparatur durch robotergeführtes Kaltgasspritzen beschrieben. Das Ziel ist es, eine optimierte Trajektorie zu erzeugen, die die Anforderungen des Kaltgasspritzens und der Roboterkinematik berücksichtigt, um eine qualitativ hochwertige Reparatur und einen effizienten Materialeinsatz zu gewährleisten. Dazu gehören die Minimierung des überschüssigen Materials und die Minimierung des Rucks bei der Roboterbewegung. Die Ergebnisse zeigen die erfolgreiche Anwendung der initialen Trajektorienplanung und der anschließenden Trajektorienoptimierung für die Bauteilreparatur durch Kaltgasspritzen.

Unbemannte Fahrzeuge sind durch zunehmende Autonomie in der Lage in unterschiedlichen unbekannten Umgebungen zu operieren. Diese Flexibilität ermöglicht es ihnen, Ziele eigenständig zu erfüllen und ihre Handlungen dynamisch anzupassen ohne starr vorgegebenen Steuerungscode. Allerdings erschwert ihr autonomes Verhalten die Gewährleistung von Sicherheit und Zuverlässigkeit bzw. der Verlässlichkeit, da der Einfluss eines menschlichen Bedieners zur genauen Überwachung und Verifizierung der Aktionen jedes Roboters begrenzt ist. Daher werden Methoden sowohl in der Planung als auch in der Ausführung von Missionen für unbemannte Fahrzeuge benötigt, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit dieser Fahrzeuge zu gewährleisten. In diesem Artikel wird ein zweistufiger Ansatz vorgestellt, der eine Fehlerbeseitigung während der Missionsplanung und eine Fehlerprävention während der Missionsausführung für unbemannte Fahrzeuge sicherstellt. Die Fehlerbeseitigung basiert auf formaler Verifikation, die während der Planungsphase der Missionen angewendet wird. Die Fehlerprävention basiert auf einem regelbasierten Konzept, das während der Missionsausführung angewendet wird. Der Ansatz wird an einem Beispiel angewendet und es wird diskutiert, wie die beiden Konzepte sich ergänzen und welchen Beitrag sie zu verschiedenen Aspekten der Verlässlichkeit leisten.

Der Einsatz kollaborierender Roboter in autonomen Missionen bietet signifikante Vorteile, darunter eine höhere räumliche Abdeckung und flexiblere sowie kosteneffizientere Lösungen durch spezialisierte Einheiten. Durch den Verbund autonomer Roboter kann adaptiv auf immer komplexere Umgebungen und Aufgaben reagiert werden, wovon bereits verschiedene Anwendungsbereiche profitieren. Essenziell für diese Zusammenarbeit ist der effiziente Austausch von Informationen, was jedoch aufgrund technischer Restriktionen nicht in unbegrenztem Maße möglich ist. Daher erfordern Kommunikationseinschränkungen eine sorgfältige Bewertung der Notwendigkeit jeder Nachricht, besonders in Katastrophenszenarien mit eingeschränkter Kommunikationsinfrastruktur. Dieser Beitrag untersucht bestehende Ansätze der Informationsverteilung und beschreibt eine dezentrale Methode der Informationsverteilung, welche die relevanten Aspekte zur Bewertung möglicher Kommunikation berücksichtigt. Durch selektive Kommunikation hinsichtlich des Zeitpunkts, des Inhalts und des Empfängers wird gezeigt, dass bei gleichbleibender Missionseffizienz die Netzwerklast deutlich reduziert werden kann, was besonders in Katastropheneinsätzen von Vorteil ist.

Die rasche Expansion erneuerbarer Energiequellen führt zu erheblicher Volatilität und Unvorhersehbarkeit in der Energieversorgungskette, was die Stabilität und Zuverlässigkeit des Stromnetzes herausfordert. Diese Arbeit präsentiert daher eine Methode, die bestehende statische Optimierungsmodelle flexibler Energiequellen echtzeitfähig macht und damit ermöglicht, dass diese sowohl für die mittelfristige Planung als auch für Echtzeitanwendungen eingesetzt werden können. Durch die Anpassung statischer Modelle für die Echtzeitanwendung ermöglicht eine in diesem Beitrag vorgeschlagene zweistufige Optimierungsstrategie flexible Anpassungen von Betriebsplänen, wodurch erneuerbare Energien auch trotz unvorhergesehener Schwankungen bestmöglich genutzt werden können. Dieser Ansatz gewährleistet nicht nur die Zuverlässigkeit des Netzes, sondern verbessert auch die wirtschaftliche Effizienz durch die Optimierung der Ressourcennutzung. Die Wirksamkeit dieser Methode wird durch eine Fallstudie mit einem System von Elektrolyseuren demonstriert, die deutliche Vorteile gegenüber traditionellen statischen Optimierungsmethoden bei der Ausrichtung des Energieverbrauchs auf die Erzeugung erneuerbarer Energie aufzeigt.

The increasing complexity of modern manufacturing systems, driven by demands for sustainability, shorter product life cycles, and greater customization, necessitates frequent reconfiguration and redesign of production processes. In this context, knowledge about parameter interdependencies is crucial. Additionally, simulations play a vital role by enabling virtual testing of various parameter configurations to optimize key performance indicators such as energy consumption, emissions, processing time, and costs. This project report presents an integrated approach to enhance process planning by incorporating semantic models that describe process parameter interdependencies. Furthermore, we describe a concept for automating the generation of simulation sequences, thereby reducing the complexity and effort involved in manual planning. The combination of these approaches is demonstrated using a web-based application, showcasing the potential to support efficient and sustainable manufacturing practices.

Im vorliegenden Beitrag wird ein Konzept vorgestellt, das Large Language Models (LLMs) und eine Chatbot-Benutzeroberfläche nutzt, um eine intuitive Interaktion zwischen Anwendern und Ontologien zu ermöglichen. Eingaben in natürlicher Sprache werden dabei in SPARQL-Abfragen umgewandelt, um das Faktenwissen der Ontologie abzufragen und das Risiko von Fehlinformationen zu minimieren. Zur Steigerung der Ergebnisqualität wird die Ontologie mithilfe von etablierten, domänenspezifischen Standards um zusätzliche Kontextinformationen zu modellierten Klassen und Relationen erweitert. Eine experimentelle Untersuchung wurde durchgeführt, um die Genauigkeit der mittels LLMs generierten SPARQL-Abfragen zu ermitteln. Die vorläufigen Ergebnisse zeigen den Mehrwert des Konzepts für die Ontologieabfrage.

In response to the predicted growth trends in the aerospace industry, a gradual implementation of future industrial production systems with a strong focus on robotics and automation is inevitable. These technologies enhance production performance by automating repetitive tasks, allowing workers to concentrate on more complex activities. This paper introduces a new automation concept and validation system for aircraft structural assembly, set up at the Center for Applied Aviation Research in Hamburg. This system enables the validation of the research topics in the dtec.bw-funded project iMOD and includes recent key innovations developed by Airbus like the Multi-Function End Effector, which can perform multiple processes.

Die Unternehmen der Fertigungsindustrie stehen heute unter erheblichem Druck, einerseits hohe Qualität bei komplexen Produktionsprozessen sicherzustellen und andererseits einen schnellen Ratenhochlauf zu gewährleisten. Um diese Herausforderungen effizient und fehlerfrei zu bewältigen, gewinnt die Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) immer mehr an Bedeutung. Eine VIBN-Architektur ermöglicht eine tiefgehende Analyse des SPS-Codes und des Ressourcenverhaltens mithilfe von 3D-Modellen und Steuerungsemulationen vor der tatsächlichen Implementierung, wodurch Fehler während der Inbetriebnahme signifikant reduziert werden können. Das Fehlen von standardisierten Vorgehensweisen für die Entwicklung solcher VIBN-Architekturen stellt dennoch eine Herausforderung dar. Ziel dieses Beitrags ist die Entwicklung einer anpassungsfähigen VIBN-Architektur, die speziell auf die Anforderungen der Flugzeugfertigung zugeschnitten ist. Dabei zeigt der Beitrag die Wirksamkeit der Anwendung der SPES-Methodik (Software Platform Embedded Systems) zur Entwicklung einer solchen Architektur auf und identifiziert gleichzeitig Bereiche zur Verbesserung, insbesondere bei der Entscheidungsunterstützung. Der Beitrag bietet damit einen Leitfaden für Forscher und Praktiker im Bereich der VIBN von automatisierten Produktionssystemen, indem er eine strukturierte Vorgehensweise zur Entwicklung komplexer Systeme aufzeigt.