Projekte

Fakultät Informatik/Mathematik

Beschreibung der aktuellen und abgeschlossenen Forschungsprojekte
HTW Dresden/Sebb

Forschungs- und Entwicklungsprojekte

Aktuelle Forschungsprojekte

SimiKom

Das Projekt zur Systemintegration miniaturisierter Komponenten für strukturintegrierte, drahtlose Sensorik im Maschinenbau (kurz SimiKom) ist ein Teil des Projekts Transferzentrum Funktionsintegration für die Mikro-­/Nanoelektronik.

Projektbeschreibung
Fraunhofer IPMS

Digitale Assistenzsysteme in der Fertigung

Konzipierung und Umsetzung eines Demonstrators zur Kontrolle eines Roboters über sprachgesteuerte Assistenten sowie die Vorbereitung eines Forschungsvorhabens für den Einsatz von digitalen, sprachgesteuerten Assistenzsystemen in der Fertigung.

Projektbild mit Link zur Projektbeschreibung
HTW Dresden/Sebb

Arrowhead Tools

Das Projekt zur Systemintegration miniaturisierter Komponenten für strukturintegrierte, drahtlose Sensorik im Maschinenbau (kurz SimiKom) ist ein Teil des Projekts Transferzentrum Funktionsintegration für die Mikro-­/Nanoelektronik.

Projektbeschreibung

Digitalisierungslotse für sächsische KMU

In dem Projekt soll der Digitalisierungsprozess aktiv motiviert und vorangetrieben werden, in dem konkrete Vorschläge und Handlungsempfehlungen für sächsische KMU aus einer Bestandsaufnahme im Unternehmen heraus entstehen.

Projektbeschreibung Digitalisierungslotse für KMU in Sachsen
XtravaganT – stock.adobe.com

Aufbau eines generischen Datenmodells

Promotionsvorhaben mit dem Titel "Aufbau eines generischen Datenmodells für Produktionsmaschinen zum Aufdecken von Optimierungspotenzial unter Betrachtung des Durchsatzes" auf Basis der produktionstechnischen Formel zur Kapazitätsbestimmung.

Schematische Darstellung des Promotionsvorhabens
HTW Dresden/Sebb

KoSeBOT - Kontext-Sensitive Robotik

Mit dem Projekt KoSeBOT wird ein Demonstrator für die interaktive Mensch-Roboter Kollaboration erstellt. Dieser zeigt, wie die Umsetzung von Kobotik in Produktionsanlagen zukünftig gestaltet, geplant und kostengünstig stattfinden kann.

Projektbeschreibung Kosebot
HTW Dresden/Sebb

Abgeschlossene Forschungsprojekte

Kim Voß sitzt vor Demonstrator und montiert ein Teil nach Anleitung und wird dabei von Kinect Kamera verfolgt

Camouflage - Arbeitsplatz 4.0 Berührungslose Nachverfolgung am Arbeitsplatz

Motivation

Ein durchgängig etabliertes Qualitätsmanagement ist die Grundvoraussetzung zur Sicherung einer nachhaltigen Wettbewerbsfähigkeit in einem produzierenden Industriebetrieb. Der damit verbundene organisatorische und technische Aufwand zur Erhebung und Verarbeitung dieser Daten stellt in erster Linie kleine und mittlere Unternehmen (KMU) vor erhebliche Herausforderungen. Während High-Tech-Unternehmen wie bspw. der Halbleiter- und Automobilindustrie auf eine direkte und automatisierte Datenerfassung von der Maschine an das Fertigungsleitsystem (engl. Manufacturing Execution System - MES) setzen, werden die Daten bei KMU meist manuell durch den Werker mittels eines Bedienterminals bzw. papiergestützt gepflegt und nachhinein digitalisiert. Die Nachteile dieser Erfassungsmethode reichen vom teilweisen und gänzlichen Fehlen von Daten, zeitlichen Abweichen von realen Bearbeitungszeiten bis hin zur Steigerung des Risikos von Erfassungsfehlern durch den Werker. Insbesondere eine auftrags- und vorgangsbezogene Rückmeldung ist häufig nicht möglich, da hierdurch der eigentliche Fertigungsprozess unterbrochen wird, folglich eine durchgängige und effiziente Fertigung unmöglich ist.

Zielstellung

Dieser Problemstellung begegnet der im Forschungsprojekt zwischen der HTW Dresden und dem Unternehmen camLine Dresden GmbH konzipierte Prototyp zur innovativen Arbeitsgestaltung im Sinne von Industrie 4.0. Mithilfe einer Software zur Echtzeit-Analyse von dreidimensionalen Tiefendaten und der Anbindung an ein MES können der Materialfluss am Arbeitsplatz durchgängig erfasst und Arbeitsvorgänge berührungslos überwacht werden.

  • Automatisierten Überwachung der Materialentnahme und -verbuchung im IT-System des Unternehmens
  • Teilautomatisierte Zuordnung der Materialqualität durch Ablegen des Werkstücks in definierten Arealen des Montagebereiches
  • System unterstützt den Werker konkret beim Rüsten und Umrüsten des Arbeitsplatzes, dokumentiert den Beginn, das Ende und ggf. den Abbruch eines Arbeitsvorgangs und kann dem Werker auf Wunsch eine Montage-Anleitung oder serielle, interaktive Echtzeit-Hilfe zum Montage-Prozess anbieten
  • Anwendung ohne ständige Medienbedienung und Prozessbrüche
  • kontaktlose und störungsfreie Erfassung aller notwendigen Informationen für eine lückenlose Nachverfolgung, eine direkte Überprüfung des aktuellen Prozesszustandes sowie die zeitnahe Rückmeldung von Fertigungsaufträgen am Arbeitsplatz
  • durchgängigen Arbeitsfluss sowie Produzenten und Kunden Transparenz bezüglich der Fertigungsvorgänge.
Förderlogo

Motivation

Ein Drittel des globalen Energieumsatzes wird für die Herstellung von Gütern verwendet. Gerade deshalb steht die "industrielle Fertigung" im Fokus der Bemühungen um mehr Energieeffizienz. Die begrenzt verfügbaren Ressourcen sowie die Probleme der globalen Erwärmung stellen dabei nicht zu unterschätzende Herausforderungen dar. Die steigenden Energiepreise üben zudem Druck auf den industriellen Sektor aus. Diese stellen heute in den meisten Unternehmen den zweitgrößten Kostenfaktor, noch vor den Personalkosten, dar. Führungskräfte weltweit haben dies erkannt und sind mehrheitlich der Meinung, dass die Effizienz hinsichtlich aller Energieträger in den nächsten 20 Jahren einen kritischen Faktor für ihr Unternehmen darstellen wird. Deutschland versucht auch hier eine Führungsrolle einzunehmen, indem Maßnahmen zur Verringerung des Energiebedarfs gefördert werden. In den Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 ist genau diese Strategie definiert. Noch steht Deutschland dabei am Anfang seiner Bemühungen. Bisher konsumiert die deutsche Industrie noch ungefähr 46% der Gesamtenergie. Davon werden nur zwischen 10% und 15% für die eigentlichen Arbeitsschritte an den produzierenden Maschinen genutzt. Es besteht somit ein großes Potenzial zum Handeln.

Zielstellung

Ziel des Verbundprojektes zwischen der HTW Dresden und der ccc software gmbh ist es, die aus unterschiedlichen Quellen u. a. Sensoren stammenden Messwerte, Prozess- und Energieverbrauchsdaten mit modernen Methoden zu analysieren, aufzubereiten und daraus Handlungsvorschläge für Prozessingenieure, Anlagenverantwortliche sowie Manager von KmUs abzuleiten. Somit werden die Entscheidungsträger in die Lage versetzt, selbstständig zu handeln und „Energiesünder“ zu erkennen, Fertigungsabläufe zu optimieren oder bspw. den Hauptverbrauch in Zeiten mit günstigem Energietarif zu verlegen. Auf Grundlage historischer Daten sollen Modelle entwickelt werden, welche dem Kunden bei der Planung einer energieeffizienten Fertigung unterstützen. Hierfür müssen die Daten für die Weiterverarbeitung aufbereitet werden, indem sie gefiltert und um weitere Daten angereichert oder in eine auswertbare Form umgewandelt werden. Auf Grundlage dieser Informationen und durch unterschiedliche Verfahren kann die Ausbeute der Produktion bei gleichem oder geringerem Energieaufwand verbessert werden. Eine moderne Fertigung bietet viele Ansatzpunkte: So könnte sich zum Beispiel die Verringerung von Ausschuss und Nacharbeit positiv auf den Gesamtverbrauch des Unternehmens auswirken. Des Weiteren lassen sich durch die Optimierung von Prozessparametern und den damit einhergehenden Energieeinsatz Einsparpotentiale erzielen. Die Ansätze sind dabei vom konkreten Anwendungsfall unabhängig und lassen sich somit auf verschiedene produzierende Unternehmen anwenden. Das Bestreben des Forschungsprojektes ist es, KmUs, welche die Software der ccc gmbh nutzen, dank eines geringen Zeit- und Ressourcenaufwand, der normalerweise mit Optimierung einhergeht, eine Senkung ihres Energieverbrauches zu ermöglichen und somit auch zum gesamtdeutschen Ziel der Energieeinsparung beizutragen.

Motivation

Im Zuge der Automatisierung von Produktionsanlagen wird Sensortechnik zur Überwachung und Sicherung der Produktionsprozesse immer wichtiger. Bisher am Markt verfügbare Lösungen konzentrieren sich auf die Möglichkeit der externen Produktfertigungsüberwachung. Intelligente Sensoren hingegen ermöglichen es, dass sich herzustellende Produkte selbstständig lokalisieren sowie Informationen aus der Umgebung erfassen können und damit in der Lage sind, ihren eigenen optimierten Weg entlang des Fertigungsprozesses zu bestimmen. Um die Abmaße der Sensoren dabei möglichst gering zu halten ist es notwendig, den Energieverbrauch zu verbessern, um die mitzuführende Energiequelle klein zu halten.

Zielstellung

Das Projekt legt den Fokus auf die Entwicklung einer Sensorplattform, welche drahtlos lokalisiert werden kann und energieeffizient Sensorwerte aus ihrer Umgebung aufnimmt und überträgt. Das Projekt entwickelt hierfür Methoden, um den Energieverbrauch auf der mobilen Plattform signifikant zu senken. Hierfür werden die Kompetenzen in der Sensorplattformentwicklung mit der Expertise bei der Lokalisierung und der Expertise in der Datenanalyse, -vorverarbeitung und -aggregation miteinander kombiniert.

Grafik
Im Fokus des Projektes liegt die Entwicklung einer Sensorplattform, die es ermöglicht, Sensorwerte aus ihrer Umgebung zu erfassen und zu übertragen.
modell

Verteilte Produktionsplanung mittels paralleler multikriterieller evolutionärer Algorithmen


Motivation

Eine leistungsfähige Industrie ist und bleibt für eine moderne Volkswirtschaft wie Deutschland unverzichtbar. Sie muss sich heute stets neuen Anforderungen stellen, um ihre Spitzenposition auf dem Weltmarkt zu behaupten. Die Unternehmen stehen dabei u.a. vor den Herausforderungen bei gleichen Kosten ihre Produkte kundenindividueller, ressourcenschonender und zuverlässiger zu produzieren. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, müssen sie neuartige Lösungen einführen, die in der Lage sind die Produktionsabläufe effizient zu steuern. Das Promotionsverfahren adressiert den Teilbereich der Produktionsplanung und hat zum Ziel, neue Verfahren für die effiziente Planung der Produktionsabfolge für diskrete Fertigungsprozesse zu entwickeln. Gleichermaßen sollen die zu entwickelnden Verfahren produzierende Unternehmen in die Lage versetzen, mittels schneller und effizienter Planungsverfahren eine optimale Bearbeitungsreihenfolge in der Fertigung zu bestimmen. Dabei sind häufig mehrere Zielkriterien, wie z.B. kurze Durchlaufzeiten, hohe Kapazitätsauslastung, eine hohe Termintreue oder geringer Energieumsatz, die es zu optimieren gilt, gleichzeitig von Belang. Besonders, wenn neben den wirtschaftlichen Kriterien gleichzeitig der Energieverbrauch betrachtet werden kann, ist es möglich einen Beitrag zu einer ökologisch nachhaltigen Produktion zu leisten. Hinzu kommen Restriktionen, wie z.B. die Verfügbarkeit von Ressourcen, die den Lösungsraum einschränken. Dieses Problem wird durch eine heuristische multikriterielle Optimierung angegangen.

Zielstellung

Um einen ausführbaren Fertigungsplan zur Verfügung zu stellen, werden multikriterielle parallele Problemlösungsansätze, die verschiedene Zielgrößen der Produktionsplanung parallel betrachten, genutzt und damit eine höhere Lösungsqualität zu erzielen. Zusätzlich kann so erreicht werden, dass die Zeit, bis eine akzeptable Lösung vorliegt, verkürzt wird. Dazu wird an Vorarbeiten aus der Wissenschaft im Rahmen des Projektes angeknüpft, mit dem Ziel diese weiterzuführen und an das vorliegende Problem anzupassen. Die wissenschaftlichen Arbeitsmethoden beinhalten insbesondere eine begleitende Validierung, Verifizierung und Qualitätskontrolle für jeden Arbeitsschritt und einen starken Fokus auf fortlaufende Dokumentation und Veröffentlichungen. Zudem findet begleitend eine stetige Auseinandersetzung mit aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet statt, so werden weiterverwendbare, nachvollziehbare und hoch qualitative Ergebnisse gesichert. Als Resultat wird eine Metaheuristik in Form eines parallelen multikriteriellen evolutionären Algorithmus erwartet, die effizient arbeitet und in der Lage ist, bessere Ergebnisse in kürzerer Zeit als etablierte Methoden zu liefern. Sie soll an verschiedene Problemstellungen anpassbar, einfach nutzbar, getestet, dokumentiert und veröffentlicht sein. Es ist geplant, die zu entwickelnde Software unter eine Open-Source Lizenz zu stellen, und damit sächsischen Unternehmungen einen einfachen Zugang zu den Arbeitsergebnissen zu ermöglichen. Weiterhin wird eine Trennung zwischen der Simulation und dem Optimierungsverfahren angestrebt, so dass ersteres ausgetauscht werden kann. Die Kommunikation zwischen den Instanzen soll effektiv ablaufen, so dass eine hohe Performance erreicht wird, die im Vergleich bessere Ergebnisse bei begrenzter Zeit liefert. Der Algorithmus soll zudem unabhängig von bestimmten Soft- und Hardwareplattformen anwendbar sein. Die Ergebnisse werden in Form von Journalbeiträgen und nationalen und internationalen Konferenzbeiträgen (Evostar, GECCO, AKWI) veröffentlicht. Darüber hinaus sollen die Arbeitsergebnisse frühzeitig den sächsischen Unternehmen zugänglich gemacht werden. Dies soll u.a. in Form von Open Access und Fachvorträgen bei Veranstaltungen des Silicon Saxony erfolgen. Die Fortsetzung des Projektes ist nach Abschluss der Promotion an der Professur von Prof. Reichelt an der HTW Dresden geplant. Das betrifft die Pflege und Weiterentwicklung der Ergebnisse und weitere Forschungsprojekte, die im Anschluss darauf aufbauen.


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