07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Referenzmodell zur zielgruppenspezifischen Entwicklung einer webbasierten Informationsplattform für den technischen Vertrieb(2012) Kett, Holger; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h)In Deutschland werden jährlich Waren im Wert von 175 Mrd. Euro über Handelsvertretungen und vermittlungen vertrieben, die Unternehmen als eigenständige Vertriebspartner beim Marketing und Vertrieb ihrer Produkte und Dienstleistungen unterstützen. 66 Prozent dieser Umsätze sind dem verarbeitenden Gewerbe zuzurechnen. Durchschnittlich vertreten diese eigenständigen Organisationen sechs Herstellerunternehmen. Um diesen Vertriebsweg zu etablieren, müssen Handelsvertretungen und vermittlungen in die Prozesse des zu vertretenden, produzierenden Unternehmens integriert werden. Bei den Handelsvertretern und vermittlern handelt es sich überwiegend um kleine Unternehmen (87 Prozent der Handelsvertretungen beschäftigen nur bis zu sechs Mitarbeiter), die je nach Wirtschaftsbereich, in dem sie tätig sind, unterschiedliche Anforderungen an die IT-Unterstützung stellen. Aktuell existieren keine geeigneten IT-Lösungen, die auf die Bedürfnisse dieser kleinen Gewerbebetriebe zugeschnitten sind und deren wesentlichen Anforderungen abdecken. Auf dem Konzept Software-as-a-Service (SaaS) basierende Lösungen, wie z. B. webbasierte Informationsplattformen, eröffnen völlig neue Möglichkeiten, da sie den Aufwand für Betrieb und Wartung von IT-Anwendungen bei Herstellern reduzieren helfen. Sie ermöglichen eine flexiblere Nutzung der IT-Infrastruktur und bieten u. a. den Vorteil, dass nur die tatsächlich in Anspruch genommenen Leistungen abgerechnet werden. Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die zielgruppenspezifische Entwicklung webbasierter Lösungen als elektronische Dienstleistung für Handelsvertreter, -vermittler und produzierende Unternehmen methodisch zu unterstützen. Hierfür ist ein interdisziplinäres Vorgehen notwendig, bei dem zu Beginn die Erarbeitung des Dienstleistungsangebots für produzierende Unternehmen und deren Handelsvertreter und -vermittler im Mittelpunkt steht (Sicht 1). Anschließend erfolgt die Konkretisierung des Dienstleistungsangebots in Form eines fachlichen Konzepts (Sicht 2), sodass daraus ein dienstbasiertes IT-Konzept abgeleitet (Sicht 3), softwaretechnisch umgesetzt (Sicht 4) und in Betrieb genommen (Sicht 5) werden kann. Eine durchgehend modellbasierte Entwicklung der webbasierten Lösung erhöht die Transparenz zwischen den genannten Sichten und der dafür erarbeiteten Modelle und steigert die Wiederverwendbarkeit entwickelter Dienste. Ganzheitliche Vorgehensweisen zur modellbasierten Entwicklung elektronischer Dienste existieren in dieser Form bisher nicht. Ebenso konnten keine anwendbaren Metamodelle zur Modellierung von Dienstleistungsangeboten und der zugrundeliegenden Geschäftsmodelle identifiziert werden. Zur Lösung dieses Defizits stellt die Arbeit ein Referenzmodell vor, das IT-Anbieter bei der zielgruppenspezifischen Entwicklung webbasierter Informationsplattformen für Handelsvertretungen, -vermittlungen und deren zu vertretenen Hersteller im technischen Vertrieb unterstützt. Die Grundlage für das Referenzmodell ist ein Metamodell (Integrated Service Engineering Framework), das auf dem Zachman-Framework aufbaut. Das Metamodell ermöglicht die Zuordnung geeigneter Modelle zu den oben genannten Sichten auf einen elektronischen Dienst in Form einer Matrix. Die Arbeit stellt hierfür geeignete Modelle vor und erstellt ein Referenzmodell für die marktorientierte, zielgruppenspezifische Sicht mit Fokus auf die Dienstleistungsangebote und die zugrunde liegenden Geschäftsmodelle. Das Referenzmodell ermöglicht die Strukturierung wirtschaftlich-strategischer Informationen zu Beginn des Entwicklungsprozesses und ordnet diese Modellen und Informationen nachgelagerten Sichten zu. Um die Anwendung des Referenzmodells zu vereinfachen, wird ein methodisches Vorgehen für dessen Nutzung vorgestellt. Das Referenzmodell wurde in Form eines Eclipse-basierten Editors umgesetzt und mit vier Partnerunternehmen evaluiert. Mithilfe des Referenzmodells für die Geschäftsmodellentwicklung von webbasierten Informationsplattformen für den technischen Vertrieb mit besonderem Schwerpunkt auf Handelsvertretungen, -vermittlungen und Herstellerbetriebe konnten in der Evaluation folgende Nutzen realisiert werden: Die strukturierte Entwicklung eines Geschäftsmodells und die zielgruppenspezifische Ausrichtung einer Informationsplattform mit allen Beteiligten, die Erstellung einer wesentlichen Grundlage und eines Rahmens für die konkrete Planung und Umsetzung der Informationsplattform und eine vereinfachte Prüfung der Frage, inwieweit die Entwicklung und der Betrieb der Informationsplattform für jedes Partnerunternehmen wirtschaftlich interessant sind.Item Open Access Physics-informed regression of implicitly-constrained robot dynamics(2022) Geist, Andreas René; Allgöwer, Frank (Prof. Dr.-Ing.)The ability to predict a robot’s motion through a dynamics model is critical for the development of fast, safe, and efficient control algorithms. Yet, obtaining an accurate robot dynamics model is challenging as robot dynamics are typically nonlinear and subject to environment-dependent physical phenomena such as friction and material elasticities. The respective functions often cause analytical dynamics models to have large prediction errors. An alternative approach to analytical modeling forms the identification of a robot’s dynamics through data-driven modeling techniques such as Gaussian processes or neural networks. However, solely data-driven algorithms require considerable amounts of data, which on a robotic system must be collected in real-time. Moreover, the information stored in the data as well as the coverage of the system’s state space by the data is limited by the controller that is used to obtain the data. To tackle the shortcomings of analytical dynamics and data-driven modeling, this dissertation investigates and develops models in which analytical dynamics is being combined with data-driven regression techniques. By combining prior structural knowledge from analytical dynamics with data-driven regression, physics-informed models show improved data-efficiency and prediction accuracy compared to using the aforementioned modeling techniques in an isolated manner.Item Open Access Identifikation und Klassifikation von Druckluft-Leckagen mit Methoden des maschinellen Lernens in Maschinen(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Dierolf, Christian; Sauer, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)In der Industrie wird Druckluft vielseitig eingesetzt. Als teure Energieform steigt zunehmend die Relevanz, denn noch heute existieren Druckluft-Leckageraten von 15 % bis 50 % und verursachen hohe Kosten. Es sind viele Produkte und Methoden zur Leckage-Erkennung in Druckluftnetzen bekannt und etabliert. Für Maschinen sind diese jedoch nur teilweise marktreif. Es ist also nicht möglich, automatisiert mit wenig Messtechnik sowie geringem Implementierungsaufwand Leckagen zu lokalisieren. Die Unterscheidung von Leckage-Ursachen war bislang Aufgabe von Fachkräften. Sie erfolgte bei wiederkehrenden Inspektionen der druckluftbetriebenen Maschine. Im Fokus der Arbeit steht, wie automatisiert in einem Druckluftsystem in Maschinen Pneumatikaktoren detektiert und Ursachen von Druckluft-Leckagen klassifiziert werden können. Durch die zentrale Druck- und Durchflussmessungen am Maschinenanschlusspunkt bleibt der Messaufwand gering. Die Arbeit beschreibt ein methodisches Vorgehen in fünf Schritten, das mit einem maschinell erlernten, datenbasierten Modell endet. Beginnend mit der Detektion des Beginns einer Aktoraktion werden Merkmale erstellt, hinsichtlich ihrer Relevanz ausgewählt und im nächsten Schritt damit Klassifikatoren erzeugt. Das Modell ist die Verknüpfung von Detektor und Klassifikator. Das Modell klassifiziert Aktorarten, -dimensionierungen und -aktionen, die häufig in der Industrie eingesetzt werden sowie hierbei auftretende Ursachen von Leckagen. Unter Berücksichtigung der 37 möglichen Klassen, konnten die Leckagen in einer druckluftbetriebenen Maschine anhand von vier Anwendungsszenarien kontinuierlich und automatisiert lokalisiert sowie die Ursachen mit guten Ergebnissen unterschieden werden. Diese Eigenschaften machen die Lösung gegenüber dem aktuellen Stand der Technik und Wissenschaft einzigartig. Bislang wirtschaftlich nicht vertretbare jedoch technisch mögliche Einsparpotenziale sind jetzt durch diese Leckage-Erkennung für druckluftbetriebene Maschinen nutzbar.Item Open Access 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.Item Open Access 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.Item Open Access Multimodal object perception for robotics(2015) Browatzki, Björn; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)The ability to recognize and manipulate unknown objects is crucial for any robot to successfully work in natural environments. Object recognition and categorization is a very challenging problem, as three-dimensional objects often give rise to ambiguous, two-dimensional views. This dissertation investigates how multisensory integration methods can be employed to tackle this issue in robotic applications. First, the presented approaches are motivated by discussing aspects of biological and computational object perception. To increase the understanding of the technical context, concepts regarding software development on modern robotic systems will be outlined. The document is separated into two parts, representing two strategies for multimodal object recognition utilizing state-of-the-art robotic hardware. One part focuses on the benefits of employing range sensing technology for the categorization of everyday objects. We present a novel object dataset that served as a testbed to study classification performance combining 2D and 3D cues. The second part incorporates object manipulation into the recognition process. A perception-driven object exploration method, implemented on the humanoid robot iCub, will be presented. In this setup, the robot turns and moves an object in its hand in order to seek out informative views, thereby optimizing the exploration sequence. It will also be shown that, instead of relying on purely visual information, taking motor actions that link object views into account allows the robot to resolve a significant amount of ambiguity.Item Open Access Ein Vorgehensmodell zum systematischen Planen und Aufsetzen von Data Science Projekten(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2024) Dukino, Claudia; Hölzle, Katharina (Prof. Dr. rer. oec. habil., MBA)