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QualitätswissenschaftDatenanalyse bei cyber-physischen Systemen (WS)

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Datenanalyse bei cyber-physischen Systemen

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Kurzform: DCPS

Der Begriff der cyber-physische Systeme (CPS) ist ein Schlagwort aus den USA, welcher mittlerweile allgegenwärtig in der Diskussion um zukünftige technische sowie industrielle Trends und Herausforderungen ist. Im Wesentlichen bilden CPS einen Verbund aus softwaretechnischen Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen, die über eine Dateninfrastruktur wie z. B. das Internet kommunizieren. Sie bieten erhebliche Potentiale zur vollständigen Automatisierung von Produktionsanlagen durch selbständige Vernetzung, Diagnose und Anpassung an die Umweltbedingungen. Für die Qualitätswissenschaft ergibt sich die Aufgabe, Konzepte und Methoden zu entwickeln, die das automatisierte Managen und Sichern der Qualität in diesem Umfeld erlauben. Dabei bildet die Verfügbarkeit von vielen Prozessdaten während des laufenden Betriebes den optimalen Ansatzpunkt für die Qualitätswissenschaft, um das notwendige Diagnosewissen durch das CPS selbständig zu erlernen und durch Verknüpfung verschiedener Wirkzusammenhänge Fehlerursachen automatisiert ermitteln und beheben zu lassen. In diesem Projekt verfolgen die Studentinnen und Studenten den Ansatz der automatisierten Datenanalyse an einem modellhaften CPS und entwickeln selbstständig verschiedene Konzepte zum automatisierten Qualitätsmanagement und -sicherung.

Inhalte

Das Quality Science Laboratory (QSL) bietet Industriepartnern und Forschungseinrichtungen die Möglichkeit, Industrie 4.0 mit Aspekten der Qualitätssicherung und des –managements zu verbinden. Im Rahmen des Projekts „Datenanalyse Cyber-Physische Systeme“ wird die Möglichkeit geboten, sich an der Entwicklung der Technologie von „morgen“ zu beteiligen. Projektarbeiten für Industrie und Forschung bieten Studierenden die Möglichkeit am Demonstrator nachhaltige Ergebnisse zu erarbeiten. Somit wird der Wandel von Produktionssystemen zu cyber-physische Systemen aktiv durch verschiedenste Projektinhalte gefördert.

Projekte

Im folgenden werden mögliche Projektidee inkl. der zu erwartenden Inhalte grob skizziert. Die Auswahl der Projekte und die genauen Inhalte findet gemeinsam innerhalb der Startphase des Kurses statt und richtet sich nach den Interessen und Qualifikationen der Teilnehmer.

Projektinhalte
Projekttitel
Inhalt
Qualitätsgeregelter 3D Druck
Das QSL wurde um neue 3D Drucker vom Typ Ultimaker 3 erweitert. Diese handelsüblichen Drucker sind um hochpräzise Sensorik zu erweitern und die Prozessparameter zu tracken, visualisieren und analysieren. Ziel ist schon während des Drucks Qualitätsabweichungen zu erkennen. Des Weiteren sind konstruktive Erweiterungen um zum Beispiel einen Filamenttrockner möglich, um dem Problem der Materialversprödung vorzubeugen oder Web-Assistenzsysteme zur Erfassung der Kundenaufträge.
Automatisierter 3D Scan
Im QSL steht ein hochauflösender 3D Scanner zur Verfügung, dessen Softwarepaket in der Lage ist einen Soll-Ist Vergleich durchzuführen. Ziel ist es den 3D Scanner in den automatisierten Ablauf des Labors aufzunehmen. Hier bietet sowohl die mechanische Werkstückaufnahme mittels Umbau und Automatisieren der Messhalterung und eine Vorrichtung zur Aufnahme der Kalibrierplatte Projektpotential. Insbesondere steht aber die Automatisierung des Scan-Ablaufs und eine Bewertung der Ergebnisse des Soll-Ist-Vergleichs aus Qualitätssicht im Fokus.
Katapult 4.0
Die Anlage im QSL produziert die Versuchsobjekte, welche mit dem Katapult 4.0 in Design of Experiment Versuchen getestet werden. Ziel ist es diese teil- und vollständig automatisiert durchführen zu können. Hierzu ist am Katapult die Aktorik und Sensorik zur Einstellung und Regelung einzubinden, darüber hinaus liefert ein 2D Scanner die Zielgröße Wurfweite. Durch den Ausbau eines bestehenden Webinterfaces ergibt sich das Erlernen der DoE Methoden am Katapult 4.0.
Pick and Place
Der Transport der im QSL gedruckten Objekte erfolgt mittels einem Industrie-Standardroboter. Derzeit laufen Arbeiten zur Positionierung des Roboters auf einer Linearachse, die Ansteuerung des Roboters ist per absoluter Gelenkpositionen möglich. Zur flexiblen Lösung der Werkstückaufnahme und -ablage ist eine Umsetzung der inversen Kinematik unerlässlich. Die Produktion 4.0 ist weiterhin modular aufgebaut, die Herausforderung ist hier ein Konzept zur Positionierung bei sich verändernder Anordnung der Maschinen und seine automatisierte Umsetzung.

Vorlesungs-/Übungsfolien, begleitende Unterlagen und weiterführende Links werden auf der ISIS2-Plattform bereitgestellt.

Lernziele

Inhalte der Veranstaltung sind sowohl das Erlernen von Grundlagen des Projektmanagements, der Entwurf und die Konstruktion von Prototypen, das Messen, Auswerten und Aufbereiten von Sensordaten mit Hilfe von Informations- und Automatisierungstechnik als auch die Einbindung der Ergebnisse in das Gesamtsystem „Quality Science Laboratory“.

Struktur

Für das Modul DCPS ist eine Anmeldung jederzeit möglich. In der einmalig stattfindenden Kick-Off Veranstaltung werden verschiedene Projektinhalte vorgestellt, von denen die Studierenden in Kleingruppen ein Projektthema ausarbeiten. Eine verbindliche Anmeldung zum Kurs ist für den Besuch der Kick-Off Veranstaltungen nicht erforderlich. 

Es wird allen Studierenden (unabhängig des Studienschwerpunktes) ein Besuch der zentralen Einführungsveranstaltung des Lehrstuhles Qualitätswissenschaft empfohlen. 

ECTS-Anzahl: 6

Zielgruppe

Datenanalyse bei cyber-physischen Systemen in verschiedenen Studiengängen
Studiengang
Master Informationstechnik im Maschinenwesen
Master Maschinenbau
Master Physikalische Ingenieurwissenschaft
Master Produktionstechnik
Master Wirtschaftsingenieurwesen

Weitere Studiengänge sind herzlich willkommen!

Voraussetzungen

Grundlegende Kenntnisse im Bereich "Projektmanagement" und "Programmierung" sind wünschenswert, aber nicht zwingend erforderlich. Erwartet werden Erfahrungen im Umgang mit Programmiercodes und ein hohes Interesse am Umgang mit neuen Technologien.

Eine selbstständige Aneignung von Programmierkenntnissen kann über das kostenlose Kursmaterial des Kurses Intro to Computer Science der Online Akademie Udacity erfolgen. 

Darüber hinaus ist es vorteilhaft Kenntnisse in der Regelungstechnik, Sensorik, Mikrocontrollerprogrammierung, Datenbanksystemen, Statistik sowie Machine Learning Methoden zu besitzen (Selbstständige Aneignung der Grundlagen kann ebenfalls über das kostenlose Kursmaterial der entsprechenden Kurse der Online Akademie Udacity erfolgen).

Bewertung

Die Prüfungsform für dieses Modul ist eine Portfolioprüfung mit folgenden Teilleistungen:

Punktevergabe
Teilleistungen
Anteil Gesamtnote
1. Zwischenpräsentation
10%
2. Zwischenpräsentation
10%
Abschlusspräsentation
30%
Projektdokumentation
50%

Anmeldung

Es ist eine kurze Bewerbung mit Motivationsschreiben, tabellarischem Lebenslauf und Vorkenntnissen erforderlich. Bitte senden Sie diese an oder reichen Sie Ihre Unterlagen schriftlich im Sekretariat (PTZ 401) ein.

Termine

Das Modul findet turnusmäßig im im Sommer- und Wintersemester statt.

Bewerbungsfrist
Einreichung der Unterlagen
Laufend möglich

Anmeldefristen
Anmeldung zum Modul
Bis 10 Tage nach dem Kick-Off
Anmeldung und Einteilung in Gruppenarbeit
In der Kick-Off-Veranstaltung
Kick-Off-Veranstaltung
Termine: 
23.10.2017
Kick-Off
Raum & Zeit:
PTZ 407 13:15 - 14:45 Uhr

Kontakt und Feedback

Fragen während der Veranstalltung sind bitte über das jeweilige ISIS2-Forum zu stellen.
In Ausnahmefällen können Anfragen direkt an den jeweiligen Ansprechpartner via Mail (Kontaktformular) gestellt werden. Eine telefonische Rücksprache ist ausschließlich zu Sprechstundenzeiten möglich.

Für Anregungen verwenden Sie bitte die Feedbackfunktion unseres Fachgebiets.

Sprechstunden

nach Vereinbarung.

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