Automatisierungstechnik

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.

Rotational symmetry parts are common and essential in industrial applications. Cold spray additive manufacturing (CSAM) is an attractive and rapidly developing solid-state material deposition process, providing an efficient and convenient method for producing such parts, as it allows for the rapid formation of high-quality, large-volume 3D objects. Since there is no highly reactive liquid phase involved in this process, the deposited material is free of oxides. As compared to conventional additive manufacturing methods, cold spraying enables to reduce the production costs and times. In this work, a general implementation method for CSAM of rotating symmetry casing parts is presented. Here, the developed application can handle rotational symmetry parts of arbitrary geometry in the form of CAD files to generate precise toolpaths. Robot offline programming allows for process simulation, analysis, and optimization. Additionally, modelling of robot kinematics is employed to evaluate the effect of the planned toolpaths on the spraying process, ensuring efficient and precise manufacturing processes.

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.

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.

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.

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 Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) in Automatisierungssysteme wird durch mangelnde Standardisierung im Bereich der Dokumentationen von KI-Anwendungen behindert. Diese Arbeit schlägt ein formales Modell vor, das auf Standards und Ontologien basiert, um eine klare und strukturierte Dokumentation von KI-Anwendungen in Automatisierungssystemen zu ermöglichen. Das vorgeschlagene Informationsmodell für Künstliche Intelligenz in Automatisierungssystemen nutzt Ontologie-Design-Patterns, um verschiedene Aspekte von Automatisierungssystemen und KI-Software abzubilden und zu verknüpfen. Evaluiert durch ein praktisches Beispiel, zeigt das Modell seine Effektivität bei der Verbesserung der Dokumentation und bei der Unterstützung der nachhaltigen Integration von KI in Automatisierungssysteme.

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.

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.