Jahresbericht 2017
Table of contents
Lehrveranstaltungen 2017
PROFESSUR FÜR AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Automatisierungstechnik
Prof.Dr.techn. K. Janschek, Dipl.-Ing. M. Roth u.a.
Pflichtfach der Studiengänge Elektrotechnik, Informationstechnik, Mechatronik, 4. Semester (V/Ü/P: 2/1/0)
Wahlpflichtfach in der Nebenfachausbildung Automatisierungstechnik für Wirtschaftsingenieure, 6. Semester (V/Ü/P: 2/1/0)
Vermittlung grundlegender Kenntnisse zur Automatisierung technischer Prozesse. Der Inhalt des Lehrfaches wird von folgenden Wissensgebieten geprägt:
Einführung (Inhalte, funktionale Gliederung, Ingenieuraufgaben, Demonstrationsbeispiel); Grundlegende Beschreibungsmittel (Differentialgleichungen, lineare/nichtlineare Übertragungsglieder, Signalflussplan, Laplace-Transformation, Übertragungsfunktion, Frequenzgang, Bode-Diagramm); Offene und geschlossene Wirkungsketten (Verhalten linearer Übertragungsglieder, Führungs-/Störverhalten, BIBO-Stabilität, Hurwitz-Kriterium, Nyquist-Kriterium, stationäres Verhalten); Reglerentwurf im Frequenzbereich (Kenndaten Zeitbereich/ Frequenzbereich, Frequenzkennlinienverfahren); Digitale Regelkreise (Struktur, Abtastung, Beschreibungsformen, dynamisches Verhalten, Stabilität, Reglerrealisierungen); Industrielle Standardregler (PID-Regler (kontinuierlich/ diskret), Einstellregeln, Bauformen); Diskrete Steuerungen (Prozessmodelle, Steuerungsentwurf, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Fachsprachen IEC1131); Moderne Verfahren der Automatisierungstechnik (Fuzzy Logic, Künstliche Neuronale Netze); Automatisierungsstrukturen und -technologien (Strukturen, Bussysteme, Prozesskommunikation, Echtzeitverarbeitung).
Ereignisdiskrete Systeme I
Prof. Dr.techn. Janschek, Dipl.-Ing. L. Baron
Pflichtfach der Studienrichtung ART, 5. Semester (V/Ü/P: 2/0/1)
Diese Lehrveranstaltung wird im WS gemeinsam mit der LV EDS (MT) abgehalten.
Vermittlung von Grund- und Fachkenntnissen auf dem Gebiet der Steuerung diskreter Prozesse. Befähigung der Studierenden zur Lösung anspruchsvoller Steuerungsaufgaben mittels moderner Methoden zum systematischen Entwurf und zur Analyse von kombinatorischen und sequentiellen Steuerungen, sowie zur Implementierung auf industrieller Hardware unter Nutzung aktueller Softwarewerkzeuge.
Ereignisdiskrete Systeme II
Lehrbeauftragte: Prof. Dr. techn. K. Janschek, PD Dr.-Ing. A. Braune
Übungsleiter: Dipl.-Ing. L. Baron
Pflichtfach der Studienrichtung ART, 6. Semester (V/P/Ü:2/0/1)
Wahlpflichtfach der Studienrichtung Elektroenergietechnik, 8. Semester
Vermittlung von Grund- und Fachkenntnissen auf dem Gebiet der Steuerung diskreter Prozesse. Befähigung der Studierenden zur Lösung anspruchsvoller Steuerungsaufgaben mittels moderner Methoden zum systematischen Entwurf und zur Analyse von sequentiellen Steuerungen sowie zur Implementierung auf industrieller Hardware unter Nutzung aktueller Softwarewerkzeuge.
Praktikum Regelung/Steuerung
Prof. Dr.techn. K. Janschek, Prof. Dr.-Ing. habil. K. Röbenack
Pflichtfach des Studienganges Mechatronik, (V/Ü/P: 0/0/1)
Das Ziel des Lehrfaches besteht im selbstständigen Erarbeiten und Umsetzen von regelungs- und steuerungstechnischen Lösungen für mechatronische Systeme. Das Lehrfach beinhaltet zwei Praktikumsversuche zur Regelung (Institut für Regelungs- und Steuerungstheorie) sowie einen Praktikumsversuch zu ereignisdiskreten Steuerungen (Institut für Automatisierungstechnik).
Modellbildung/Simulation
Prof. Dr.techn. K. Janschek, Dr.-Ing. S. Dyblenko
Pflichtfach der Studienrichtung ART, 6. Semester (V/Ü/P: 2/1/1)
Vermittlung grundlegender Kenntnisse und Fertigkeiten zur Modellbildung und zur rechnergestützten Simulation von technischen Systemen.
Elemente der physikalischen Modellbildung:
(Energiebasierte Modellierungsparadigmen (Euler-Lagrange), Torbasierte Modellierungsparadigmen (verallgemeinerte Kirchhoffsche Netzwerke), Signalbasierte Modellierungsparadigmen (z.B. Matlab/Simulink), Physikalisch objektorientierte Modellierungsparadigmen (z.B. Modelica).
Elemente der Simulationstechnik:
Numerische Integration von gewöhnlichen Differenzialgleichungssystemen (ODE): explizite vs. implizite Verfahren, Stabilität, Fehlerschätzung, Schrittweitensteuerung, steife Systeme, lineare Systeme, Numerische Integration von differenzialalgebraischen Gleichungssystemen (DAE), Unstetigkeiten, Modulare Simulation (signalorientiert vs. objektorientiert), Stochastische Prozesse.
Simulationstechnik
Prof. Dr.techn. K. Janschek, Dr.-Ing. S. Dyblenko
Wahlpflichtfach im SG Mechatronik/Modul Entwurfstechniken, 6. bzw. 8. Semester (WPF 2/0/1) sowie Anteil des Modulpraktikums (0/0/2)
Vorlesungen: Numerische Integration von gewöhnlichen Differenzialgleichungssystemen (ODE-Systeme): explizite vs. implizite Verfahren, Stabilität, Fehlerschätzung, Schrittweitensteuerung, steife Systeme, lineare Systeme, Numerische Integration von differenzialalgebraischen Gleichungssystemen (DAE-Systeme), Unstetigkeiten, Modulare Simulation (signalorientiert vs. objektorientiert), Stochastische Prozesse.
Systementwurf
PD Dr.-Ing. A. Braune
Pflichtfach der Studienrichtung ART, 7. Semester (V/Ü/P: 2/1/0)
Vermittlung grundlegender Kenntnisse zum systematischen Entwurf von komplexen Automatisierungssystemen und zur Bewertung von Entwurfsoptionen, Methoden und Verfahren der Systemtechnik (Systems Engineering). Inhalt des Lehrfaches (Vorlesungen): Besonderheiten des Systementwurfs für Automatisierungssysteme, Methoden zur Beschreibung unterschiedlicher Sichten auf ein Automatisierungssystem (funktional, objektorientiert, echtzeitorientiert,...), Anforderungsdefinition (Nutzeranforderung-Lastenheft, Systemanforderung), Entwurf, Metriken zur Systembewertung,Vorgehensmodelle. Die Übung befasst sich mit dem Lösen von Entwurfsaufgaben an praktischen Anwendungsfällen der Verfahrenstechnik und Mechatronik in Projektgruppen.
Entwurf eingebetteter Systeme
PD Dr.-Ing. A. Braune
Wahlfach der Studienrichtung ART (WF 1/1/0 )
Inhalt des Lehrfaches: Spezifische Anforderungen an Software für eingebettete Systeme, Vorstellung typischer Hard- und Softwaresysteme , Vorstellung spezifischer Entwurfswerkzeuge Übungen, Konzeption einer Lösung für ein Lego-Fahrzeug, Implementierung einer Lösung.
Internet - Anwendungen in der Automatisierungstechnik
PD Dr.-Ing. A. Braune
Wahlpflichtfach der Studienrichtung ART, (V/Ü/P: 2/1/0)
Vermittlung ausgewählter Grundlagen zu Internettechnologien und ihren Anwendungseigenschaften in der Automatisierungstechnik. Zum Inhalt des Lehrfaches gehören: Einführung, historische Entwicklung des Internets, Anforderungen der Automatisierung an die Nutzung von Internettechnologien, Vermittlung grundlegender Kenntnisse zu Internettechnologien und Herausarbeiten von Konsequenzen ihrer Anwendung in der Automatisierung ( z.B. TCP/IP, Internetdienste), Behandlung ausgewählter Beispiele für die Internetnutzung (z.B. WWW, OPC, Ethernet mit TCP/IP als Feldbus), Vorstellung ausgewählter industrieller Produkte und Anwendungen, hoher Anteil eigenständiger Experimente und Tests an ausgewählten industriellen Geräten und Lösungen.Folgende Übungsthemen werden behandelt: Entwicklung statischer und dynamischer HTML-Seiten, Inbetriebnahme eines OPC-Servers, Entwicklung einfacher Java-Programme, Entwicklung von Java-Applets, Inbetriebnahme eines embedded Web-Servers in einer SPS .
Projekt - Teleautomation
PD Dr.-Ing. A. Braune
Wahlpflichtfach der Studienrichtung ART, 7. Semester (V/Ü/P: 0/0/2)
Der Erwerb eigener praktischer Erfahrungen zur Entwicklung von Lösungen auf der Basis von Internettechnologien für automatisierungstechnische Anwendungsbeispiele wird in dieser Lehrveranstaltung angestrebt. Projektgruppen zu je 3-4 Studenten untersuchen spezielle Aspekte von Internettechnologien hinsichtlich ihrer Anwendungseigenschaften in Automatisierungslösungen. Konkrete Inhalte ergeben sich aus aktuellen Forschungsprojekten und Entwicklungstrends. Durchzuführen sind jeweils Anforderungsdefinition, Entwurf, Variantendiskussion, Realisierung und Test an realen Anlagen.
XML und Web in der Automation
Lehrbeauftragte: PD Dr.-Ing. A. Braune
Ingenieurstudiengänge (vorrangig ET, MT, IST), (WF 1/1/0)
Die Lehrveranstaltung vermittelt grundlegende Kenntnisse über XML-Technologien und beschreibt ausgewählte Beispiele XML-basierter Sprachen in der Automatisierung, wie z.B. Gerätebeschreibungssprachen. Weitere Anwendungsaspekte als Datenaustauschformat in der Automatisierung werden vermittelt durch die Nutzung von Webservices und Browser basierte Technologien.
Mechatronische Systeme
Prof.Dr.techn. K. Janschek, Übungsleiter: Dipl.-Ing. M. Roth
Wahlpflichtfach des Studienganges Elektrotechnik, 8. Semester (V/Ü/P: 2/1/0)
Vermittlung grundlegender Kenntnisse zur ganzheitlichen Betrachtung mechatronischer Systeme: relevante funktionsrealisierende physikalische Phänomene (Verhaltensmodelle), Prinzipien zur gezielten Beeinflussung des Wirkungsflusses, Verfahren zur Voraussage des Systemverhaltens unter realistischen Bedingungen. Die Vorlesungen beinhalten folgende Themen: Funktionsrealisierende physikalische Phänomene ( Mechanik (Mehrkörperssysteme, Übertragungsverhalten, experimentelle Bestimmung des Frequenzganges); Elektrizität / Magnetismus (elektrodynamische Wandler, elektromagnetische Wandler); Piezoelektrizität (Modelle, piezoelektrische Wandler, Bauformen); Hydraulik (Servohydraulische Antriebe); Informationsverarbeitung (dimensionierende Übertragungseigenschaften von Abtastung, Aliasing, A/D, D/A Wandler, Serielle Bussysteme, Digitale Regler); Spezielle mechatronische Regelungsprobleme (Sensor-/Stellort bei Mehrkörpersystemen, Aliasingprobleme); Regellose Vorgänge in mechatronischen Systemen (Rauschmodelle, Kovarianzanalyse); Fehlerrechnung und Leistungsbudgets (Fortpflanzung von Unsicherheiten, Budgetansätze).Auf der Basis ausgewählter technischer Anwendungsbeispiele wird das systematische und methodische Vorgehen zu Modellierung, Analyse und Entwurf erläutert und in Rechenübungen trainiert. Die Verwendung moderner CAE-Hilfsmittel für Entwurf, Analyse, Simulation wird demonstriert (MATLAB/Simulink)
Regelung von Mehrkörpersystemen
Prof. Dr. techn. K. Janschek, Übungsleiter: Dipl.-Ing. M. Roth
Wahlpflichtfach (V/Ü/P: 1/1/0)
Das Ziel des Lehrfaches besteht in der Vermittlung grundlegender Methoden zur Analyse und zum Entwurf von Regelungen für Mehrkörpersysteme. Folgende Gebiete werden behandelt: MKS Modelle im Frequenzbereich; Mess- und Stellort (kollokierte/nichtkollokierte Regelung); Modellunsicherheiten (unmodellierte Eigenmoden, spillover); Stabilitätsanalyse (NYQUIST.Kriterium in Schnittpunkt- und Frequenzkennlinienform, NICHOLS-Diagramm, robuste Stabilität von elastischen Eigenmoden); Reglerentwurf im Frequenzbereich; Aliasingprobleme im geschlossenen Regelkreis; Zufällige Eingangssignale (Kovarianzanalyse); Fehlerbudgets.
Steuerung von seriellen Manipulatoren
Prof. Dr. techn. K. Janschek, Übungsleiter: Dipl.-Ing. Chao Yao
Wahlfach Fak. ET, MT (WF 2/1/0)
Das Ziel der Lehrveranstaltung besteht in der Vermittlung von grundlegenden Steuerungs- und Regelungskonzepten für Robotersysteme.
Inhalt des Lehrfaches: EINFÜHRUNG INDUSTRIEROBOTIK (Robotersysteme - Begriffsbestimmung, Serielle Manipulatoren - Kinematikkonfigurationen, Manipulationsaufgaben, Steuerungsaufgaben), VORWÄRTSKINEMATIK (Elementare räumliche Beschreibungsform, Homogene Transformationen, Beschreibung von seriellen Kinematiken), INVERSE KINEMATIK (Allgemeine Problemformulierung, Allgemeiner Lösungsansatz, Lösung bei kinematischer Entkopplung TRAJEKTORIEN Allgemeine Problemformulierung, Elementare Bewegungsabläufe, Glatte Trajektorien für Einzelachsen, Trajektorienerzeugung im Gelenkraum, Trajektorienerzeugung im kartesischen Arbeitsraum, Eigenachsenrotation), DIFFERENTIELLE KINEMATIK (Geometrische Jacobi-Matrix, Analytische Jacobi-Matrix, Eigenschaften der Jacobi-Matrix, Singularitäten, Rekursive Inverse Kinematik, Statische Kräfte, Redundante Manipulatoren), ROBOTERDYNAMIK (Repetitorium Modellierungsgrundlagen, Bewegungsgleichungen im Gelenkraum, Bewegungsgleichungen im kartesischen Raum, Flexible Gelenke ), POSITIONSREGELUNG (Allgemeine Aufgabenstellung, Manipulatordynamik mit Gelenkantrieben, Elementare Regelungskonzepte, Dezentrale Einzelgelenkregelung, Zentrale Einzelgelenkregelung - Mehrgrößenregelung, Regelung in Arbeitsraumkoordinaten), KRAFTREGELUNG (Allgemeine Aufgabenstellung, Steifigkeits-/Nachgiebigkeitsregelung - Stiffness/Compliance Control, Impedanzreglung - Impedance Control, Direkte Kraftregelung - Force Control, Hybride Kraft-/Positionsregelung). Übungen: Berechnungsbeispiele für typische Entwurfsaufgaben unter Nutzung von Matlab/-Simulink
Lageregelungssysteme für Raumfahrzeuge
Dr.-Ing. S. Dyblenko
Wahlpflichtfach für Studenten der Fak. Maschinenwesen (Studienrichtung Luft- und Raumfahrttechnik) sowie der Fak. Elektrotechnik u.a. Interessenten; (V/Ü/P: 2/0/0)
Das Ziel des Lehrfaches besteht in der Vermittlung grundlegender Kenntnisse zur Lageregelung von Satelliten. Vorlesungen beinhalten folgende Themen: Einführung (Anforderungen, typ. Problemstellungen); Bahnmodellierung, Lagekinematik (Koordinatensysteme, Eulersche Winkel, Quaternionen); Lagemessung (Vektormessung, State Propagation, Filterung); Lagesensoren (optisch, inertial, magnetisch); Lageregelungskonzepte (Gravitationsstabilisierung, magnetische Regelung (Magnetspulen), Drallstabilisierung (Drallräder), Düsenregelung); Flexible Strukturen; Bordarchitekturen. Typische Problemstellungen zur Lagemessung und Lageregelung werden in den Übungen an praktischen Beispielen erläutert, zum Teil unterstützt durch Rechnersimulationen (Matlab/Simulink).
PROFESSUR FÜR PROZESSLEITTECHNIK
Lehrkonzept
Die Lehre der Professur für Prozessleittechnik befähigt die Studierenden dazu, (teil)autonome und interaktive Prozessführungssysteme für dynamische Systeme zu konzipieren, zu entwerfen und zu implementieren. Die Studierenden kennen Anforderungen an Leitsysteme, können Komponenten und Architekturen so wählen, dass Sicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet sind und können den Aufwand für Konfiguration und Parametrierung von Prozessleitsystemen einschätzen. Diese Grundkompetenz kann in drei Säulen ausgebaut werden. Ziel der ersten Säule "Projektierung von Automatisierungssystemen" ist, dass die Studierenden wesentliche Methoden zur Informationsmodellierung und Algorithmen zur Automatisierung der Automatisierung als Basis für Innovation in computerassistierten Planungssystemen für die Prozessautomatisierung beherrschen. Ziel der zweiten Säule "Mensch-Maschine-Systemtechnik" ist die Studierenden dazu zu befähigen, die Nahtstelle Mensch-Maschine strukturiert, zielgerichtet und mit hoher Qualität analysieren, bewerten und gestalten zu können. Das Lehrangebot der dritten Säule "Prozessführung" versetzt die Studierenden in die Lage modellgestützte Prozessführungssysteme entwerfen und implementieren zu können.
Studienarbeiten 2017
PROFESSUR FÜR AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Badack, M.
Überarbeitung eines Teststandes für Lagebestimmungssysteme von Kleinsatelliten.
Betreuer: Dr. Dyblenko; Dipl.-Ing. Bärtling (TUD, Institut für Luft- und Raumfahrttechnik)
Drowatzki, L.
Entwurf und Durchführung einer Fallstudie zur Validierung einer Methodik für die Definition von Modell-zu-Modell-Transformationen.
Betreuer: Dipl.-Ing. Freund; HSL: Dr. Braune
Elliesen, J.
Ansteuerung des Dodekakopoters HORUS mit der Softwarebasis OS.
Betreuer: Dipl.-Ing. Yao, HSL: Prof. Janschek
Hart, F.
Map Processing und Planning für autonome Fahrzeuge in einer städtischen Verkehrsumgebung.
Betreuer: M.Sc. M. Saraglou, Dr.-Ing. A. Morozov, HSL: Prof. Janschek
Heidelbach, Chr. J.
Konzeption und Entwicklung eines OPC-UA Fallbeispieles anhand einer Kleinversuchsanlage.
Betreuer: Dipl.-Ing. Baron, HSL: Dr. Braune
Ge, Qiang
Development of the simulator for a fully-actuated aerial robot.
Betreuer: Dipl.-Ing. C. Yao, HSL: Prof. Janschek
Li, Shixiong
Ein Beitrag zur Modellbildung und Simulation für vektorielle (2D-quasistatische) hybride Mikrospiegel mit piezoelektrischem Antrieb.
Betreuer: Prof. Janschek/Dr. Sandner (FhG IPMS); HSL: Prof. Janschek
Maurer, V.
Geräuscherzeugung für die virtuelle Präsentation von Produktoberflächen.
Betreuer: Dipl.-Ing. Freund; HSL: Dr. Braune
Mehl, E. J. B.
Entwicklung der visuellen Odometrie für Flugroboter auf Basis einer monochromen Kamera.
Betreuer: Dipl.-Ing. Yao; HSL: Prof. Janschek
Stärker, L.
Implementierung eines Star-Tracker-Algorithmus für einen miniaturiesierten Sternsensor für Kleinsatelliten.
Betreuer: Dr. Dyblenko, Dipl.-Ing. Schunk (TUD, Institut für Luft- und Raumfahrttechnik)
Wang, B.
Automatische Generierung von Berichten aus ErroSim.
Betreuer: Dr. Morozov, HSL: Prof. Janschek
Zhang, T.
Implementierung einer Benutzeroberfläche (GUI) zur Simulation der Fehlerfortpflanzungsanalyse in Steuerungssystemen basierend auf Simulink.
Betreuer: Dr. Morozov, HSL: Prof. Janschek
PROFESSUR FÜR PROZESSLEITTECHNIK
Konzeption eines semantischen CBR-Systems mit erweiterbaren
Metamodell und Ähnlichkeitsmetriken
Bearbeiter: Bode, Tim
Betreuer: Dipl.-Ing. Markus Graube; HSL: Prof. Dr.-Ing. L. Urbas
Webbasierter Editor für die gebrauchstaugliche Regelerstellung des bidirektionalenTransformationskonzeptes Triple-Graph-Grammar
Bearbeiter: Sun, Yingpeng
Betreuer: Dipl.-Ing. Julian Rahm, Dipl.-Ing. Markus Graube; HSL: Prof. Dr.-Ing. L. Urbas
Konzeption einer REST Schnittstelle für den Zugriff auf generische OPC UA Informationsmodelle
Bearbeiter: Ellenrieder, Th.
Betreuer: Dipl.-Ing. M. Graube; HSL: Prof. Dr.-Ing. L. Urbas
Anwendungsmöglichkeiten der Blockchain-Technologie in der Automatisierungstechnik
Bearbeiter: Hui Fang
Betreuer: Dipl.-Ing. M. Graube; HSL: Prof. Dr.-Ing. L. Urbas
Abbildung von Zustandsmaschinen für Dienste unterschiedlicher Granularität in OPC UA
Bearbeiter: Josua Schlotter
Betreuer: Dipl.-Ing. M. Graube; HSL: Prof. Dr.-Ing. L. Urbas
Diplomarbeiten 2017
PROFESSUR FÜR AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Orzyszek, A.
Konzeption einer modellbasierten OPC UA Anwendung zur Prozessführung.
Betreuer: Dipl.-Ing. Chr. Martin, Dipl.-Ing. L. Baron; HSL: Dr.-Ing. A. Braune
Pertsch, K.
Improving 6D Pose Estimation by Predicting Accurates Instance Segmentation Masks.
Betreuer: Prof. Janschek/Prof. Rother (Fak. Inf., TUD); HSL: Prof. Janschek
Trunschke, L.
Entwicklung eines Anlagenbeschreibungssystems zur durchgängigen Datennutzung in Entwicklungsprozessen für Bedienoberflächen.
Betreuer: Dr. Braune, Dipl.-Ing. Langner (XENON Automatisierungstechnik GmbH)
Wobar, A.
Konzeption eines Demonstrators für Plug & Produce-Szenarien.
Betreuer: Dipl.-Ing. Chr. Martin, Dipl.-Ing. L. Baron; HSL: Dr.-Ing. A. Braune
Wohllebe, D.
Multibody Modeling and Analysis of a Docking Process for a HIL Test.
Betreuer: M.Sc. K. Bondoky, HSL: Prof. Janschek
Zhou, F.
Entwicklung eines Simulators für ein autonomes Luftfahrzeug mit konfigurierbarer Fehlerinjektion.
Betreuer: Dr. A. Morozov, HSL: Prof. Janschek
PROFESSUR FÜR PROZESSLEITTECHNIK
Integrierte bidirektionale Transformationsprozesse mittels Triple-Graph-Grammars im Linked Data Bereich
Bearbeiter: Pham Tuyen, Viet
Betreuer: Dipl.-Ing. Julian Rahm, Dipl.-Ing. Markus Graube; HSL: Prof. Dr.-Ing. L. Urbas
Fehlerfortpflanzung in modularen Anlagen
Bearbeiter: Müller, Marius
Betreuer: Dipl.-Ing. Annett Pfeffer; HSL: Prof. Dr.-Ing. L. Urbas
Partitionierung von Simulationsmodellen und automatisierte Ableitung resultierender Verschaltungen für die Co-Simulation
Bearbeiter: Messbauer, Katrin
Betreuer: Dipl.-Ing. Stephan Hensel; HSL: Prof. Dr.-Ing. L. Urbas
Dissertation 2017
Freund, Matthias:
Entwicklung von Modell-zu-Modell-Transformationen für Benutzungsschnittstellen in der Domäne der industriellen Automatisierungstechnik.
TU Dresden, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, 20.07.2017
Forschungsprojekte 2017
LEHRSTUHL FÜR AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Navigation
- IRPN - Image Recognition and Processing for Navigation
- HYMERA - Fehlerfortpflanzungsanalyse für hybride Modelle aus Blockdiagrammen und endlichen Zustandsautomaten
- Hardware-in-the-Loop Simulation of Contact Dynamics and Rigid Satellites (Graduiertenkolleg)
Mobile Robotik
Informationsbasierte Automatisierung
- KONTRANS - Kontextabhängige Transformationsmodelle
Optische Rechner
- OCTB - Optical Correlator Testbed for High Resolution Imaging from Geostationary Orbit
- CORRAL 2a - Algorithms Optimisation & Real-Time Breadboard Concept
PROFESSUR FÜR PROZESSLEITTECHNIK
FEE
Ein moderner hoher Automatisierungsgrad von Produktionsanlagen erlaubt einen wirtschaftlichen Betrieb auch in Hochlohnländern wie Deutschland. Sie reduziert aber die Prozesserfahrung der Bediener und kann in kritischen Situationen zur Informationsüberflutung (sog. Alarmschauer) führen. Bei Kontrollverlust können Menschenleben und Umwelt gefährdet werden und großen Schäden an Vermögensgütern sowie teure Produktionsausfälle folgen. Ziel des BMBF-Forschungsprojekts FEE ist es daher kritische Situationen im Produktionsumfeld frühzeitig zu erkennen, und durch die Entwicklung von Assistenzfunktionen zur Unterstützung von Anlagenbedienern in kritischen Situation Entscheidungsunterstützung zu geben. Dazu werden mittels der in den Anlagen vorliegenden heterogenen Massendaten geeignete Big-Data-Echtzeit-Methoden entwickelt, um den Bediener frühzeitig zu warnen, mit Assistenzfunktionen und Eingriffsstrategien gezielt zu unterstützen, und proaktives statt reaktives Handeln zu ermöglichen.
Plantcom - Vermittelte Kommunikation zwischen Feld und Warte
Die Fehlerdiagnose in der Prozess- und Fertigungsindustrie ist eine hochgradig komplexe, kooperative Aufgabe. Während die fast vollständige Automatisierung im Normalbetrieb für ein hohes Maß an Strukturierung sorgt, unterscheiden sich die notwendigen Lösungsschritte bei technischen Störungen von Fall zu Fall. Dadurch ist es nahezu unmöglich, auf gut geübte Arbeitsabläufe und Regeln zurückzugreifen. Anstatt dessen stehen die Operateure vor einer anspruchsvollen, komplexen Problemlöseaufgabe: Der in weiten Teilen intransparente Zustand der Anlage wird vom Zusammenwirken einer Vielzahl miteinander vernetzter Variablen bestimmt. Das Gesamtsystem weist ein hohes Maß an Eigendynamik auf, so dass sich sein Zustand auch ohne den Eingriff der Mitarbeiter kontinuierlich und oftmals auf nichtlineare Weise verändert. Während der Diagnose und Behebung des Fehlers müssen mehrere, teilweise entgegengesetzte Ziele koordiniert und gewichtet werden. Die Rückmeldung über den Effekt der Eingriffe erfolgt oft verzögert und es können Fern- und Nebenwirkungen auftreten.
fast semantics (fast actuators, sensors and tranceivers, secure manufacturing real time systems)
Für die vertikale Integration von semantischen Informationsträgern in prozessnahen Anlagenebenen ist es unabingbar, das perspektiv auch Aktoren und Sensoren in der Feldebene ihren Datenhaushalt intelligent darstellen. Für Szenarien wie Prozessoptimierung, intelligente Prozessführung, assistive Leitwartentechnologien oder vorbeugende Wartung ist es erforderlich, Laufzeit- und Lebenszyklusdaten aus allen Ebenen und Abstraktionsschichten einer Anlagentopologie zu beziehen und zu verarbeiten.
KoMMDia - Kooperative Mensch-Maschine-Dialoge in der Diagnose und Beseitigung von Störungen in Verarbeitungsanlagen
Verarbeitungsmaschinen stellen Massenbedarfsgüter für den täglichen Konsum her, dabei sind technische Störungen unvermeidbar. Die Störungsdiagnose wird erschwert durch komplexe Anlagenstrukturen, ungleichförmige Kraft- und Momentverläufe bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit und ein kaum modellierbares Verarbeitungsverhalten infolge vernetzter, oft unbekannter Einflussparameter. Hinzu kommt, dass auf derselben Anlage verschiedene Produkte gefertigt werden, was durch die Individualisierung in Industrie 4.0 noch verstärkt wird.
Gastwissenschaftler 2017
Prof. Dr. Kenta Seki
Nagoya Institute of Technology JAPAN
Forschungsthema: "Mechatronic system modeling and model-based control design"
Aufenthaltsdauer: 29.02.2016 – 27.02.2017
Veröffentlichungen 2017
LEHRSTUHL FÜR AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Baron, L., Freund, M., Martin, C. , Braune, A.:
Aspekte zur Entwicklung von industriellen Augmented Reality Lösungen.
In Tagungsband: VDI/VDE-GMA "Automation 2017", Baden-Baden, 2017.
Bondoky, K., Janschek, K., Rathke, A. and Schwarz, S.:
Analysis of small satellite docking contact dynamics for Hardware-in-the-Loop Testing.
In: Fachtagung Mechatronik 2017: Dresden (09.03.-10.03.2017), VDI Mechatronik - Dresden, Germany, March 2017.
Bondoky, K., Janschek, K., Rathke, A. and Schwarz, S.:
Analysis of Hardware-in-the-Loop setup without artificial compliance for docking contact dynamics of satellites.
AIAA SPACE and Astronautics Forum and Exposition, AIAA SPACE Forum, Orlando, Florida, USA. (Sep. 2017). doi: 10.2514/6.2017-5183
Chernykh, V., Janschek, K., Harnisch, B.:
High Accuracy Line-of-Sight Stabilization for GEO High-resolution Earth Observation Missions with Onboard Optical Correlator: Imaging Performances Estimation.
In: Proceedings of 10th International ESA Conference on Guidance, Navigation & Control Systems, Salzburg, Austria, 29 May -2 June 2017.
Ding, K., Morozov, A. and Janschek, K.:
Classification of Hierarchical Fault-tolerant Design Patterns. Accepted paper.
Proceedings of the 15th IEEE International Conference on Dependable, Autonomic and Secure Computing (DASC 2017), Orlando, Florida, USA, 2017.
Fabarisov, T., Yussupova, N., Ding, K., Morozov, A., Janschek, K.:
Analytical Toolset for Model-based Stochastic Error Propagation Analysis: Extension and Optimization Towards Industrial Requirements.
Proceedings of the 19th international workshop on computer science and information technologies, Germany, Baden-Baden, 2017.
Martin, C., Braune, A.:
Integration of a Template System into Model-Based User Interface Development Workflows.
In: Human-Computer Interaction. User Interface Design, Development and Multimodality (HCII 2017), doi: 10.1007/978-3-319-58071-5_36, vol. 10271, pp. 480?495, 2017.
Morozov, A., Janschek, K.:
Challenges and Solutions for Model-based Dependability Engineering of Modern Mechatronic Systems. Keynote paper.
Proceedings of the Vietnam International Conference and Exhibition on Control and Automation, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2017.
Morozov, A., Ding, K., Chen T. and Janschek, K.:
Test Suite Prioritization for Efficient Regression Testing of Model-based Automotive Software.
Accepted paper. Proceedings of the annual conference on Software Analysis, Testing and Evolution (SATE), Harbin, China, 2017.
Morozov, A:
ErrorSim: Ein Simulator für die Fehlerfortpflanzungsanalyse in Steuerungssystemen basierend auf Simulink.
Presentation at MATLAB EXPO 2017 Deutschland, Munich, 27.06.2017.
Morozov, A:
Effective Regression Testing for Model-based Automotive Software using Stochastic Error Propagation Analysis.
Presentation at FKFS, Stuttgart, 14.03.2017.
Roth, M., Heber, J., Janschek, K.:
Concept for the fast modulation of light in amplitude and phase using analog tilt-mirror Arrays.
Proc. SPIE 10116, MOEMS and Miniaturized Systems XVI, 101160H (February 20, 2017); doi:10.1117/12.2250746
Schnitzer, F., Sonnenburg, A., Janschek, K., Sanchez Gestido, M.:
Lessons-learned from On-ground Testing of Image-based Non-cooperative Rendezvous Navigation with Visible-spectrum and Thermal Infrared Cameras.
In: Proceedings of 10th International ESA Conference on Guidance, Navigation & Control Systems, Salzburg, Austria, 29 May -2 June 2017.
Saraoglu, M., Morozov, A., Soylemez, T and Janschek, K.:
ErrorSim: a Tool for Error Propagation Analysis of Simulink Models.
Accepted paper. Proceedings of the International Conference on Computer Safety, Reliability, and Security (SafeComp), Trento, Italy, 2017.
PROFESSUR FÜR PROZESSLEITTECHNIK
Begutachtete Journalartikel
Hoernicke, M.; Knohl, K.; Bernshausen, J.; Bloch, H.; Hahn, A.; Hensel, S.; Haller, A.; Fay, A.; Urbas, L. (2017). Steuerungsengineering für Prozessmodule. atp edition - Automatisierungstechnische Praxis 59(3), S. 18-29.
Klettner, C., Tauchnitz, T., Epple, E., Nothdurft, L., Diedrich, C., Schröder, T., Grossmann, D.; Banerjee, S., Krauss, M., Iatrou, C.P., and Urbas, L. (2017). Namur Open Architecture: Die Namur-Pyramide wird geöffnet für Industrie 4.0. atp edition, 59(1-2), 20-37.
Folmer, J., Kirchen, I., Trunzer, E., Vogel-Heuser, B., Pötter, T., Graube, M., Heinze, S., Urbas, L., Atzmüller, M., and Arnu, D. (2017). Big und Smart Data. atp edition, 59(1-2), 58-69.
Wassilew S., Obst M., Iatrou, C.P., Urbas L. (2017). Abbildung des NAMUR Module Type Package auf OPC UA. at - Automatisierungstechnik, 65(1), 49-59.
Begutachtete Konferenzbeiträge
Bloch, H.; Hensel, S.; Hoernicke, M.; Hahn, A.; Fay, A.; Urbas, L.; Wassilew, S.; Knohl, T.; Bernshausen, J.; Haller, A. (in print). Model-based Engineering of CPPS in the process industries. IEEE Conf. Industrial Informatics (INDIN).
Bloch, H.; Hoernicke, M.; Hensel, S.; Hahn, A.; Fay, A.; Urbas, L.; Knohl, T.; Bernshausen, J.; Haller, A. (accepted). A Microservice-Based Architecture Approach for the Automation of Modular Process Plants. IEEE Conf. Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA).
Graube, M.; Hensel, S.; Iatrou, C.; Urbas, L. (accepted). Information Models in OPC UA and their Advantages and Disadvantages. IEEE Conf. Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA).
Pfeffer, A.; Urbas, L. (accepted). HAZOP studies for engineering safe modular
process plants. IEEE Conf. Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA).
Buchkapitel, Editorials, Workshops, White Paper
Müller, R., Narciss, S., and Urbas, L. (2017). Interfacing Cyber-Physical Production Systems With Human Decision Makers. In H. Song, D. B. Rawat, S. Jeschke and Ch. Brecher (eds). Cyber-Physical Systems - Foundations, Principles and Applications, S. 145-160. Elsevier.
Eingeladene Vorträge
Vorträge, Poster
Hensel, S.; Bloch, H.; Hoernicke, M.; Stutz, A.; Kotsch, C.; Holm, T.; Bernshausen, J.; Kronemeier, S.; Haller, A.; Urbas, L. (2017). Beschreibung von Bedienbildern modularer Anlagen – Ergebnisse der NAMUR/ZVEI-Arbeitskreise (1.12.1 und 2.9.1) sowie des VDI/VDE-GMA FA 5.16. In: Tagungsband Automation 2017, Juni 2017, Baden-Baden
Schegner, L.; Hensel, S.; Wehrstedt, J. C.; Rosen, R.; Urbas, L. (2017). Architekturentwurf für simulationsbasierte Assistenzsysteme in prozesstechnischen Anlagen. In: Tagungsband Automation 2017, Juni 2017, Baden-Baden
Laboratorien 2017
PROFESSUR FÜR AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Labordemonstrator MiPOS
Der Labordemonstrator MiPOS (Mini Proximity Operation Simulator) dient der Erzeugung realitätsnaher Bilder für die Simulation von Rendezvous- oder Landemanövern. Mit dem erzeugten Bildmaterial können Algorithmen zur Bildauswertung und Pfadplanung getestet sowie deren Genauigkeit bestimmt werden. Der Demonstrator simuliert den Anflug eines Servicesatelliten, bzw. dessen Kamerasystems, an ein Zielobjekt. Die Kamera kann in drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheiten bewegt werden. Das Ziel kann zusätzlich in drei Freiheiten rotieren. Der Arbeitsraum der Kamera beläuft sich auf 1,5m x 1m x 0,8m. Um Fremdlichteinflüsse auf die Bilddaten und deren Auswertung zu vermeiden, wird der Demonstrator während eines Simulationslaufes durch schwarzen Stoff abgedunkelt. Sonnenlicht wird durch nahezu paralleles Scheinwerferlicht simuliert.
Experiment Teleautomation
The experiment consists of an continuous process model, an industrial programmable controller and a visualisation system for local automation. The controller and the visualisation system are extended with embedded web-servers and the visualisation system with an external web-server. The process or status monitoring and control is possible as shown in figure.
Labor Prozessautomatisierung
Das Labor Prozessautomatisierung umfasst drei Komponenten, die entsprechend den Ausbildungszielen und -inhalten unterschiedlich ausgestattet sind. So ist die Komponente 1 mit kontinuierlichen und ereignisdiskreten Prozessmodulen wie Füllstands-, Durchfluss- und Temperaturmodul sowie einer Abfülleinrichtung, bestehend aus vier Arbeitsstationen, ausgerüstet. Die zugehörigen Automatisierungsstrukturen basieren sowohl auf einer Standardverdrahtung, als auch auf busbasierten Strukturen. Auf dieser Basis werden typische Aufgaben zur Projektierung dieser Strukturen für kontinuierliche und ereignisdiskrete Prozesse realisiert. Mit Komponente 2 werden IT-basierte Automatisierungsstrukturen vorgestellt, wobei an Hand der Hard- und Softwaretools STEP7, WinCC einschließlich WinCC-Addons (Siemens) moderne Strukturen präsentiert werden, die gleichfalls für die kontinuierlichen Prozesskomponenten Füllstand, Durchfluss und Temperatur sowie einem Mischmodul und den ereignisdiskreten Prozess "Abfülleinrichtung" ausgelegt wurden. Insbesondere für die Aus- und Weiterbildung wurde dafür ein Lehrtool, bestehend aus einem optimierten Prozessmodul - Füllstand - sowie einem nach ausbildungsdidaktischen Gesichtspunkten gestalteten Handbuch, entwickelt. Desweiteren wurde auf der gleichen Hard- und Softwarebasis eine Referenzanlage errichtet, deren Komplexität und Multifunktionalität vorrangig zur Präsentation und Demonstration, insbesondere im Zusammenwirken mit den Partnerfirmen Siemens und Festo Didactic genutzt werden. Mit der Komponente 3 werden schließlich moderne Automatisierungsmittel zur Stoffstromstellung und Durchflussmessung untersucht, wozu gleichfalls eine STEP7 und WinCC-basierte Automatisierungsstruktur entwickelt wurde, die einen weiteren wesentlichen Beitrag zur Ausbildung -Prozessautomatisierung - präsentiert.
Labor Mechatronische Systeme
1-achsige Satellitenlageregelung
Zur experimentellen Untersuchung der Lagestabilisierung von Kleinstsatelliten steht am Institut für Automatisierungstechnik ein Laborstand zur Verfügung, mit dessen Hilfe automatisierungstechnische Komponenten, insbesondere der Mess- und Stelltechnik sowie der Informationsübertragungstechnik unter realitätsnahen Bedingungen getestet werden können. Nachgebildet wird hier die Rotation eines Satelliten um eine Achse. Störmomente führen zur ungewollten Rotation von Satelliten um deren Massenschwerpunkte. Für eine Ausrichtung der Antennen eines Satelliten, z.B. in Richtung des Erdmittelpunktes, muss deshalb die Satellitenanlage mittels Regelung(en) stabilisiert werden. Als Stelleinrichtung kommt im Laborstand ein Schwungring zum Einsatz. Durch Ändern bzw. Regeln der Ringdrehzahl kann der Satellit in jeder gewünschten Lage stabilisiert werden. Folgende Aufgaben sind (evtl. auszugsweise) im Rahmen einer Projektarbeit zu lösen:
Industrieroboter
Für Fragestellungen zur Industrierobotik steht ein Mitsubishi 5-DOF Manipulator inklusive einer frei programmierbaren Steuereinheit zur Verfügung.
3-Arm Manipulator
Als Demonstrator für die Lehre sowie zur Realisierung grundlegender Steuerungsalgorithmen der Industrierobotik steht ein planarer Manipulator mit drei Gelenken und einer Ansteuerung über xPC Target und Matlab/Simulink zur Verfügung.
Labor Mobile Robotik
Das Labor Mobile Robotik, ausgestattet mit Rechnerarbeitsplätzen und großem Bewegungsfreiraum für mobile Plattformen, ist die experimentelle Basis für wissenschaftliche Untersuchungen im Bereich der mobilen Robotik. Als mögliche Testplattformen stehen ein radgetriebener mobiler Roboter sowie ein Luftschiff (blimp) zur Verfügung. Neben diesen am Institut entstandenen Plattformen wird weiterhin ein kommerzieller Schreitroboter (Aibo, Sony) genutzt. Um Funktionstests verschiedener Navigationsalgorithmen nachvollziehbar durchzuführen, kann auf ein Kamerasystem zur Bahnverfolgung sowie ein Sensorsystem zur globalen Lokalisierung zurückgegriffen werden. Des Weiteren kann für simulative Untersuchungen eine Matlab-basierte Simulationsplattform genutzt werden.
Labor ART PC Pool
Hardware: 10 PCs: Intel Core2Duo, 2GB RAM, HD SATA 250GB, DVD-RW, TFT 19", 100 MBit Ethernet network (connected to the campus network), 1 laser printer
Operating systems: WindowsXP Professional, Linux
Application software: Scientific software: Matlab + Simulink, Text processing: Word, Graphics: Powerpoint, Spreadsheet: Excel, Data base systems: Access, Compilers: Eclipse/CDT, Internet: Mozilla Firefox, Pegasus Mail, SSH, FTP.
PROFESSUR FÜR PROZESSLEITTECHNIK
Engineering Lab - Entwicklungslabor und Leitwarte
Im Engineering-Labor befindet sich die Leitwarte zum GZAT und mit der modularen Konti-Anlage sowie der Batch-Anlage zwei Lehr- und Forschungsanlagen.
UPI-Lab - Usability in der Prozessindustrie
Das UPI-Labor bietet die Möglichkeit in kontrollierter Umgebung Untersuchungen zur Gebrauchstauglichkeit von stationären und mobilen Geräten durchzuführen. Zusätzlich können Versuche in industrienaher Umgebung ausgeführt und dokumentiert werden. Hierzu steht das GZAT zur Verfügung.
GZAT - Gerätezentrum Automatisierungstechnik
Das GZAT (Gerätezentrum der Automatisierungstechnik) ist eine ca. 30m2 große Versuchsanlage im industriellen Maßstab. Es bietet die Möglichkeit Untersuchungen zur Integration, Inbetriebnahme und Wartung aktueller Automatisierungstechnik durchzuführen.
Mitarbeiter 2017
PROFESSUR FÜR AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Inhaber der Professur
Prof. Dr. techn. Klaus Janschek
Wissenschaftliche Mitarbeiter
M.Sc. Karim Bondoky
PD Dr.-Ing. Annerose Braune
Dr.-Ing. Valerij Chernykh
Dr.-Ing. Sergej Dyblenko
Dr.-Ing. Matthias Freund
Dip.-Ing. Christopher Martin
Dr.-Ing. Andrey Morozov
Dipl.-Ing. Matthias Roth
Dr.-Ing. Frank Schnitzer
Dipl.-Ing. Arne Sonnenburg
Dipl.-Ing. Elena Peréz Urbano
Dipl.-Ing. Chao Yao
Technisches Personal
Dipl.-Inf. (FH) Mario Herhold
Norbert Kindermann
Verwaltung
Petra Möge
PROFESSUR FÜR PROZESSLEITTECHNIK
Inhaber der Professur
Prof. Dr.-Ing. habil. Leon Urbas
Wissenschaftliches Personal
Prof. Engin Yesil (Guest Professor)
Dipl.-Ing. Anna Hahn
Dipl.-Ing. Stephan Hensel
Dipl.-Ing. Markus Graube
Dipl.-Ing. Annett Pfeffer
Dipl.-Ing. Chris Iatrou
M. Sc. Furkan Dodurka
Dipl.-Ing. Sebastian Heinze
Dipl.-Ing. Paul Altmann
Dipl.-Ing. Julian Rahm
Dipl.-Ing. Luise Schegner
Verwaltung
Kirsti Kantemir
Katrin Kindermann
Norbert Kindermann