07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik

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2021 - 20223

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Institute: search.filters.UBSInstitut.Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und FertigungseinrichtungenSubject: search.filters.subject.600

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    A process-planning framework for sustainable manufacturing
    (2021) Reiff, Colin; Buser, Matthias; Betten, Thomas; Onuseit, Volkher; Hoßfeld, Max; Wehner, Daniel; Riedel, Oliver
    Process planning in manufacturing today focuses on optimizing the conflicting targets of cost, quality, and time. Due to increasing social awareness and subsequent governmental regulation, environmental impact becomes a fourth major aspect. Eventually, sustainability in manufacturing ensures future competitiveness. In this paper, a framework for the planning of sustainable manufacturing is proposed. It is based on the abstraction and generalization of manufacturing resources and part descriptions, which are matched and ranked using a multi-criteria decision analysis method. Manufacturing resources provide values for cost, quality, time and environmental impacts, which multiply with their usage within a manufacturing task for a specific part. The framework is validated with a detailed modeling of a laser machine as a resource revealing benefits and optimization potential of the underlying data model. Finally, the framework is applied to a use case of a flange part with two different manufacturing strategies, i.e., laser metal-wire deposition and conventional milling. The most influential parameters regarding the environmental impacts are the raw material input, the manufacturing energy consumption and the machine production itself. In general, the framework enabled the identification of non-predetermined manufacturing possibilities and the comprehensive comparison of production resources.
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    Architektur für einen Verzeichnisdienst in der serviceorientierten Produktionstechnik
    (Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2022) Kretschmer, Felix; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)
    In dieser Arbeit wird eine Architektur entworfen, welche den Bedürfnissen einer serviceorientierten Produktionstechnik gerecht wird und einen Verzeichnisdienst bereitstellt, der unter Adaption serviceorientierter Architekturen den Schulterschluss von IT und OT ermöglicht. Hierfür werden zunächst verfügbare Technologien und Lösungen verglichen. Durch die weite Verbreitung von Verzeichnisdiensten in der IT existieren bereits zahlreiche Lösungen, welche sich mit sehr unterschiedlichem Erfolg durchgesetzt haben. In der OT hingegen existieren bisher keine vergleichbaren Lösungen, dennoch stehen standardisierte Technologien zur Verfügung, welche die Funktionalität eines Verzeichnisdienstes erfüllen können. Auf Basis von OPC UA wird ein Verzeichnisdienst entworfen, welcher Fähigkeiten und Schnittstellen von cyber-physischen Systemen im Produktionsumfeld bereitstellt. Dies erfolgt über die Abbildung der Daten in Informationsmodellen, welche auf LDAP-Verzeichnisse in der Office-IT synchronisiert werden können.
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    Online-Bahnplanung für mehrere Flugroboter in veränderlicher Umgebung mithilfe der Kurvenflussmethode
    (Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2022) Huptych, Marcel; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)
    Um für zukünftige Produktionslinien eine möglichst hohe Flexibilität zu ermöglichen, wird für den Kleinteiletransport aktuell der Einsatz unbemannter Flugfahrzeuge (UAVs, engl. unmanned aerial vehicles) untersucht. Gegenüber boden- und liniengebundenen und häufig starren Materialflusseinrichtungen bieten UAVs die Möglichkeit den meist ungenutzten Luftraum innerhalb der Produktionsstätten auszunutzen. Um dem hohen Kollisionspotenzial, welches dabei durch parallele und unabhängige Flugbewegungen entsteht, zu begegnen, wird im Rahmen dieser Arbeit mit der Kurvenflussmethode (KFM) eine neue Bahnplanungsmethode entworfen. Auf Basis eines in Echtzeit aktualisierten Umgebungsmodells werden die Flugbahnen durch Aufprägung virtueller Kräfte zur Laufzeit derart an den aktuellen Umgebungszustand angepasst, dass sie stets um statische (z.B. Gebäudeelemente, Versorgungsleitungen) sowie dynamische (z.B. weitere UAVs) Hindernisse herumführen. Obgleich die in der mobilen Robotik eingesetzte Elastic-Bands-Methode (EBM) ein der KFM ähnelndes Funktionsprinzip besitzt, konnten in einer Voruntersuchung einige Schwächen der EBM identifiziert werden. Diese betreffen vorwiegend die begrenzte numerische Stabilität sowie die abstrakte Parametrierung der EBM und werden durch die KFM behoben. Dazu wird die KFM zunächst als verallgemeinerte Bahnplanungsmethode theoretisch hergeleitet. Eine systemtheoretische Analyse des Bahnverhaltens ermöglicht die Herleitung der Kenngrößen für die Parametrierung der KFM anhand physikalischer Größen. Ein abschließender Vergleich zeigt folgende signifikante Vorteile der KFM gegenüber der EBM: Numerisch stabile Lösbarkeit, analytische Parametrierbarkeit, Skalierungsunabhängigkeit sowie eine etwas höhere Recheneffizienz. Losgelöst von der EBM werden anschließend weitere Steuerungsfunktionen, welche für die Anwendung der KFM auf die Problemstellung (parallele Bewegungsführung mehrerer UAVs) benötigt werden, erläutert. Dazu zählen z.B. Hindernis- und Arbeitsraummodellierung, Initialisierung, Bahninterpolation sowie Start- und Landemanöver. Abschließend werden mehrere parallel ausgeführte Instanzen der KFM auf jeweils eigenen Industriesteuerungen, welche über eine lokale Cloud vernetzt sind, in Betrieb genommen. Die KFM wird dabei als eigene (kollisionsfreie) Punkt-zu-Punkt-Interpolationsart implementiert, sodass mithilfe von Ablaufprogrammen nacheinander verschiedene Punkte angeflogen werden können, ohne das Kollisionspotenzial bei der Programmierung explizit berücksichtigen zu müssen. Verschiedene Validierungsszenarien werden zunächst in Form einer Hardware-in-the Loop-Simulation mit Dynamikmodellen der UAVs und schließlich mit realen UAVs durchgeführt.