Abgeschlossene Arbeiten

Die Einführung der Industrie 4.0 hat einen revolutionären Wandel in der Betriebs- und Managementweise von Produktionssystemen mit sich gebracht. Während Lösungen aus der Industrie 4.0 eine zunehmend autonome Produktion versprechen, nimmt gleichzeitig die Komplexität technischer Systeme und Prozesse zu. Um die mit der technischen Komplexität einhergehenden Herausforderungen zu bewältigen, sind ebenso komplexe Assistenzsysteme von entscheidender Bedeutung. Die Integration von Menschen in komplexe, kognitive Produktionssysteme (CPS) stellt eine wesentliche Funktion dieser Systeme dar. Der Begriff „kognitiv“ bezeichnet in diesem Kontext die Eigenschaft eines Systems, welches über menschenähnliche Fähigkeiten verfügt, wie beispielsweise Wahrnehmung, Lernen, Verstehen und Entscheidungsfindung. Diese Fähigkeiten werden genutzt, um die Assistenzaufgaben zu erfüllen.

Die Bedienung solcher Anlagen ist für neue Mitarbeiter mit einem hohen Einarbeitungsaufwand verbunden und stellt eine Herausforderung dar. Gerade bei weniger erfahrenen Bedienern können besonders schwerwiegende Fehler auftreten, die zu gravierenden Konsequenzen führen können. In diesem Kontext erweist sich der Ansatz der selbstlernenden Bedienerassistenzsysteme als vielversprechend. Die Funktionsweise dieser Systeme basiert auf einer Kombination aus menschlicher Erfahrung und maschinellem Lernen, welche eine Optimierung des Prozessflusses sowie eine Steigerung der Effizienz zum Ziel hat. Derzeit werden derartige Assistenzsysteme am Fraunhofer IWU untersucht und entwickelt.

Im Rahmen der Diplomarbeit soll eine Erweiterung eines KI-basierten Assistenzsystems um die kognitiven Funktionen wie Prognose- und Koordinationsfunktion erfolgen, welche anschließend prototypisch implementiert werden.

Konkrete Aufgaben:

• Einarbeitung in die Thematik und Literaturrecherche:
  • Recherche zum Stand der Prognosefunktionen in modernen Assistenzsystemen,
  • Recherche zu möglichen Lösungen für die Koordination von mehreren Assistenzsystemen.
• Use-Cases-Analyse:
  • Kartonbecheranlage am Fraunhofer IWU: Aufbau, Bedienungsmöglichkeiten, Steuerungssystem, Datenschnittstellen
  • KI-Basiertes Assistenzsystem: Konfiguration und Anpassung an eine neue Anlage (siehe Abb. 2).
  • Untersuchung und Implementierung einer datentechnischen Anbindung des Assistenzsystems an die Kartonbecheranlage inkl. Demonstrationsfunktion,
  • Betreuung von Experimenten und gezielte Datenakquise unter einem realen Einsatz des an die Kartonbecheranlage angepassten Assistenzsystems,
  • Prototypische Untersuchung und Implementierung eines Prognosemoduls zur echtzeitnahen Vorhersage der Produktqualität (logische und datentechnische Anbindung an das Assistenzsystem, Datenerfassung und Datenvorverarbeitung inkl. Datenqualitätskontrolle, Modellbildung, Modelltest und Gütebewertung, bei Bedarf – Generierung synthetischer Daten),
  • Untersuchung einer möglichen Lösung zur Koordination von mehreren lokalen Wissensbasen (Entwicklung eines Konzeptes ohne Implementierung),
  • Dokumentation der Lösung und der wesentlichen Erkenntnisse.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Kasassov, Clara-Sophie
Betreuer: Dr.-Ing. Alexander Dementyev
(Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU)

1. Gutachter:                  Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger

2. Gutachter:                  Dr.-Ing. Frank Hilbert

Bearbeitungszeitraum: 01.07.2024 -30.11.2024

Nach Jahren der konzeptionellen Entwicklung nähern sich Industrie 4.0 Konzepte der Marktrelevanz. Dadurch entstehen Ansprüche, wie ein inhärent integrativer Charakter und die sanfte Migration von Bestandssystemen technisch in I4.0 zu realisieren. Mit den I4.0-Teilmodellen AID (Asset Interface Description) und AIMC (Asset Interface Mapping Configuration) im Kontext der AAS (Asset Administration Shell) wird aktuell ein vielversprechender Weg beschritten. Beide Modelle erfordern bei ihrer Verwendung eine Anpassung/ Ausprägung durch den Integrator bzw. Anwender.
Im Rahmen der Bachelorarbeit, sind zunächst die Anforderungen von Integratoren bzw. Anwendern an eine „Low-Code“-Plattform für die Konfiguration von AID und AIMC zu ermitteln, sodass übliche Workflows vereinfacht werden. Anschließend sind Kandidaten auf Grundlage der ermittelten Anforderungen für eine spezifische Ausprägung der Plattform zu recherchieren, zu verglichen und zu bewerten.
Mit einem zu wählenden Kandidaten soll abschließend die Plattform exemplarisch entworfen werden. Das Vorhandensein von Werkzeugen bzw. APIs zum Umgang mit serialisierten Verwaltungsschalen ist dabei vorauszusetzen.
Die Arbeitsergebnisse sind in geeigneter Form zu dokumentieren und zu präsentieren.
Aufgaben:
• Ermittlung der Anforderungen an eine problemlösende „Low-Code“-Plattform
• Evaluation vorhandener „Low-Code“-Plattformen auf Grundlager der Anforderungen
• Ein konzeptioneller Entwurf einer Umsetzung unter Verwendung einer gewählten Plattform

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Romeiser, Niklas
Betreuer: Dipl.-Inf. Uwe Schmidt, TU Dresden
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 02.04.2024 - 17.06.2024

Die zunehmende variantenreiche industrielle Individualproduktion führt zu einer
signifikanten Steigerung und Dynamik der zu verarbeitenden Informationsmengen.
Daher muss die Agilität bei der Entwicklung von Anwendungssoftware trotz
Fachkräftemangel gesteigert werden. Low Code und No Code ist ein neues Paradigma,
um Software mit geringen oder ganz ohne Programmierkenntnissen zu entwickeln. Dies
ermöglicht durch ein verändertes Abstraktionsniveau einem größeren Personenkreis die
Entwicklung von Applikationen, mit denen Unternehmensprozesse automatisiert und
bestehende Datenquellen miteinander integriert werden können. Dafür existieren
inzwischen eine Reihe von Entwicklungsumgebungen, die die Anwendungsentwicklung
mit visuellen Werkzeugen ermöglicht, anstatt klassische textbasierte Programmiersprachen zu verwenden.
Im Rahmen der Bachelorarbeit soll zunächst ein Überblick über relevante Entwicklungen
in diesem Bereich in Form einer Literaturanalyse erarbeitet werden. Darauf basierend soll
herausgearbeitet werden, welche Unterschiede zur klassischen textbasierten bzw.
Modell- oder Funktionsblock-basierten Softwareentwicklung bestehen. Anschließend
sollen ausgewählte Anwendungsszenarien in der Fertigungstechnik definiert und
Anforderungen an industrietaugliche Low-Code-Plattformen ermittelt werden. Danach
sind verschiedene bestehende Low Code und No Code-Lösungen zu vergleichen und
deren Einsetzbarkeit in Bezug auf diese Szenarien einzuschätzen.
Die Arbeitsergebnisse sind in geeigneter Form zu dokumentieren und zu präsentieren.

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Viehweger, Lisa Diana
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 22.05.2024 - 04.08.2024

Komponenten industrieller Anlagen werden im Kontext von Industrial IoT und Industrie 4.0 als flexible, autonome und kommunikationsfähige Einheiten betrachtet. Diese werden durch digitale Zwillinge der Industrie 4.0, die Verwaltungsschale, repräsentiert. Diese interagieren über I4.0-Schnittstellen (North-Bound) proaktiv und autonom mit anderen Assets.

Im industriellen Kontext werden Anlagen mit unterschiedlichen etablierten Technologien geplant und teilweise über Jahrzehnte betrieben. Außerhalb der produzierenden Industrie sind jedoch zum Teil weitere unterschiedliche Technologien im Einsatz. Diese haben jeweils eigene Protokolle, Datenstrukturen und Schnittstellen mittels der die Kommunikation (Sourth-Bound) erfolgt.

Um die Flexibilitätspotenziale des IIoT zeitnah nutzen zu können, müssen unter­schied­liche Laufzeitumgebungen und Schnittstellen für die digitalen Zwillinge implementiert werden. Für die Anbindung bestehender Technik an die Verwaltungsschale werden unterschiedliche Technologien eingesetzt.

Ziel dieser Arbeit ist es, Möglichkeiten für eine solche Integration mittels Multimessage­­broker von Komponenten in Industrie 4.0 aufzuzeigen.

Dazu soll zunächst der Stand der Technik bei bestehenden Geräten und Anlagen aufge­zeigt und somit der Ausgangszustand anhand von zu definierenden Szenarien erfasst werden.

Die verschiedenen Verfahren zur Anbindung bestehender Geräte und Anlagen an die Netzwerkkommunikation sollen dargestellt und kategorisiert werden. Um eine bessere Vergleichbarkeit zu realisieren, müssen die verschiedenen bestehenden Technologien der Industrie 4.0 nach verschiedenen zu erarbeitenden Kriterien betrachtet und klassifiziert werden. Dabei soll die Vergleichbarkeit über eine geeignete Metrik erfolgen. 

• Des Weiteren soll ein Design für einen Multi Message Broker erstellt und eine proto­ty­pische Implementierung an einem geeigneten Beispiel demonstriert werden.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Kluge, Daniel
Betreuer: Dipl.-Inf. Nico Braunisch, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 31.07.2023     -            08.01.2024

Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) bilden eine wesentliche gerätetechnische Basis für die Automatisierung industrieller Prozesse. Dabei sind diese SPS-Steuerungen typischerweise als proprietäre Gerätesysteme ausgelegt, die unter Echtzeit-Bedingungen lokal betrieben werden. Im Zeitalter von Industrie 4.0 geht die Entwicklung allerdings in Richtung hochgradig vernetzter Produktionssysteme auf Basis von Cyberphysischen Produktionssystemen (CPPS).

Um eine klassische SPS-Steuerung zu einer CPPS-Komponente zu qualifizieren, muss die Kapselung der Steuerungsfunktionalität aufgehoben und die Steuerungsfunktionen zu (flexiblen) Software-Objekten umgewandelt werden. Zusätzlich muss sichergestellt werden, dass die SPS weiterhin in den prozessnahen Ebenen eingreifen kann. Eine solchermaßen virtualisierte SPS-Steuerung lässt sich als Software-Instanz in einer Cloud betreiben.

Im Rahmen der Analyse dieses Forschungsthemas soll zunächst ein Überblick der relevanten Literatur zu diesem Thema in Form einer Literatursammlung erarbeitet werden. Danach sind die verschiedenen bestehenden Cloud-Lösungen zu analysieren, einzuschätzen sowie stichpunktartig zu vergleichen. Darüber hinaus soll ein Anwendungsszenario definiert werden und die Cloudlösungen in Bezug auf dieses Szenario evaluiert werden.

Die Arbeitsergebnisse sind in geeigneter Form zu dokumentieren und zu präsentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Martin Dierken
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Abgegeben:  29.11.2023

Quantencomputing hat das Potenzial, viele Bereiche zu revolutionieren und die Art und Weise zu verändern, wie Unternehmen arbeiten und Produkte herstellen. Neben der Fähigkeit, Berechnungsprobleme und aufwändige Optimierungsprobleme wesentlich schneller zu lösen als Digitalcomputer, werden auch verschiedene positive Effekte für die Automatisierung industrieller Prozesse prognostiziert.

Im Rahmen der Bachelorarbeit soll zunächst ein Überblick der relevanten Literatur zum Thema Quantencomputing in Form einer Literatursammlung erarbeitet werden. Danach sind verschiedene bestehende Quantencomputing-Lösungen zu analysieren sowie zu vergleichen. Anschließend sollen verschiedene Anwendungsszenarien in der Fertigungstechnik definiert werden und die Einsetzbarkeit von Quantencomputing in Bezug auf diese Szenarien eingeschätzt werden.

Die Arbeitsergebnisse sind in geeigneter Form zu dokumentieren und zu präsentieren.

Aufgaben:

• Recherche zum Stand der Technik
• Erarbeiten verschiedene Anwendungsszenarien in der Industrie
• Analyse bestehender Quantencomputing-Lösungen
• Definition verschiedener Anwendungsszenarien

wissenschaftlicher Arbeitsmethodik
Bearbeitet durch: Lischinski, Eric;  Jorde, Manuel
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Prüfer: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Bearbeitungszeitraum: 15.05.2023 - 06.08.2023

Die zunehmende Digitalisierung in der Industrie und die damit verbundenen Entwicklungen
definieren die Anforderungen an die Sicherheit der Prozesskommunikationskanäle
neu. Vor allem durch die Verwendung von reaktiven und proaktiven Industrie 4.0
Verwaltungsschalen (Typ 2 bzw. Typ 3), die als autonome Komponente untereinander
mittels I4.0-Sprache interagieren, erhöhen sich die Angriffsvektoren, die von einem Angreifer ausgenutzt werden kann, um unautorisierten Zugriff, Manipulation oder Kompromittierung der Kommunikation zu ermöglichen. Um die Anforderungen an die Sicherheit der industriellen Kommunikation aktuell zu halten ist es daher notwendig, regelmäßig die Risiken und Auswirkungen von Angriffen oder Sicherheitsverletzungen in Bezug zu neuen lnteraktionsmustern und neuartigen Benutzungsschnittstellen zu evaluieren.
Dafür sollen im Rahmen dieser Studienarbeit zunächst mit einer Literaturrecherche analysiert werden, welche Intentionen für Angriffe auf Industriekommunikation allgemein
existieren. Als nächster Schritt soll abgeschätzt werden, welche dieser Intentionen durch
Kompromittierung der Kommunikation mit und zwischen aktiven und reaktiven Verwaltungsschalen erreicht werden können. Darauf aufbauend sollen erste Empfehlungen für Maßnahmen im Entwurf und Betrieb von Automatisierungsanlagen formuliert werden um Prozesskommunikationskanälen vor solchen Angriffen zu schützen.
Die Arbeitsergebnisse sind in geeigneter Form zu dokumentieren und zu präsentieren.
Aufgaben:

• Recherche zu Angriffszielen
• Abschätzung von Risiken bei Verwaltungsschalen-Kommunikation
• Empfehlungen für sichere Industrie 4.0 Kommunikation
• Maßnahmen-Empfehlungen

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Jorde, Manuel
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Frank Hilbert
Bearbeitungszeitraum: 12.06.2023 - 24.11.2023

Moderne Produktionsprozesse in der Halbleiterindustrie stellen hohe Anforderungen an eine flexible und dynamische Steuerung einzelner Prozessschritte in Abhängigkeit gewonnener Prozessdaten aus vorangegangenen Arbeitsschritten. Insbesondere kann durch Wafer Topografie Daten die Qualität der prozessierten Wafer überprüft werden.
Standardtechnologien wie Advanced Process Control (APC) und Fault Detection and Classification (FDC) erkennen und klassifizieren Störungen. Dies ist jedoch aufgrund der großen Bilddatenmengen zeitaufwändig und Fehleranfällig. Die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) mit FDC lässt eine schnellere und präzisere Fehlererkennung erwarten. Insbesondere können durch KI fortschrittliche Mustererkennungsalgorithmen genutzt werden, um subtile, nicht-lineare und komplexe Abweichungen zu erkennen, die für herkömmliche Methoden schwer zu erfassen sind.
In dieser Arbeit soll untersucht werden, inwieweit der APC/FDC-Ansatz zur Analyse von Wafer Topografie Daten durch den Einsatz von KI verbessert werden kann. Dafür soll zunächst mit einer Literaturrecherche analysiert werden, welche KI-Techniken für eine verbesserte Mustererkennung und Fehlerklassifizierung in Frage kommen. Darauf aufbauend soll eine Applikation für die KI-unterstützte Analyse von Wafer Topografie der Lithografie entworfen und prototypisch implementiert werden. Dabei sollen auch Aspekte der Skalierbarkeit betrachtet werden. Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.
Aufgabe:
• Literaturrecherche
• Entwurf einer KI-Applikation zur Anomalie Erkennung
• Implementierung des Prototyps

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Löwen, Max
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.11.2023 -16.1.2024

Quantencomputing hat das Potenzial, viele Bereiche zu revolutionieren und die Art und Weise zu verändern, wie Unternehmen arbeiten und Produkte herstellen. Neben der Fähigkeit, Berechnungsprobleme und aufwändige Optimierungsprobleme wesentlich schneller zu lösen als Digitalcomputer werden auch verschiedene positive Effekte für die Automatisierung industrieller Prozesse prognostiziert.
Im Rahmen der Bachelorarbeit soll zunächst ein Überblick der relevanten Literatur zum Thema Quantencomputing in Form einer Literatursammlung erarbeitet werden. Danach sind verschiedene bestehende Quantencomputing-Lösungen zu analysieren sowie zu vergleichen.
Anschließend sollen verschiedene Anwendungsszenarien in der Fertigungstechnik definiert werden und die Einsetzbarkeit von Quantencomputing in Bezug auf diese Szenarien eingeschätzt werden.
Die Arbeitsergebnisse sind in geeigneter Form zu dokumentieren und zu präsentieren.
Aufgaben:
• Recherche zum Stand der Technik
• Erarbeiten verschiedene Anwendungsszenarien in der Industrie
• Analyse bestehender Quantencomputing-Lösungen
• Definition verschiedener Anwendungsszenarien

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Böttger, Tim
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert, TU Dresden, Dr.-Ing. Robert Lehmann, TU Dresden
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger

Bearbeitungszeitraum: 10.04.2023 - 11.06.2023

In der Industrie werden zunehmend eigenständig und kooperativ handelnde Assets verwendet, welche ihre Fähigkeiten über Dienste anbieten und fremde Dienste nutzen. Damit solche Assets in Industrie 4.0-Systemen verwendet werden können, müssen sie als I4.0-Komponente abgebildet werden. Dafür müssen sie lebenszyklusbegleitend Assetmerkmale als digitaler Zwilling in Form einer Industrie 4.0 Verwaltungsschale abbilden. Zur Realisierung dieser Eigenständigkeit wird eine proaktive Verwaltungsschale benötigt, welche wiederum eine Laufzeitumgebung erfordert, um mit anderen Assets interagieren und kooperieren zu können.

Im Rahmen des Komplexpraktikums sollen solche proaktive Komponente für Industrie 4.0 über das Konzept Verwaltungsschale am existierenden Demonstrator implementiert werden. Dafür ist ein Retrofit des existierenden Demonstrators durchzuführen. Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und im bereits existierenden Wiki zu dokumentieren und die Ergebnisse der Projektarbeit innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Projektarbeit
Bearbeitet durch: Bigge, Jannusch
Betreuer: M.Sc.-Ing. Santiago Soler Perez Olaya, Dipl.-Inf. Nico Braunisch
Prüfer: Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 1.08.2022 - 30.03.2022

Im Zuge der Industrie 4.0 Entwicklung verändert sich die Art, wie in einer modernen Fertigung Software und Applikationen bereitgestellt werden. Anwendungen werden zunehmend in verschiedenen Produktionsumgebungen verteilt eingesetzt. Für die entsprechende plattformunabhängige Software Bereitstellung hat sich über die letzten Jahre die Verwendung von Software-Container etabliert. Zusätzlich werden diese Anwendungen in immer kürzeren Releasezyklen entwickelt. Um entsprechend die zeitaufwändige und fehleranfällige manuelle Software Bereitstellung und Auslieferung der Containerisierten Anwendungen zu automatisieren, haben sich auch hier neue Mechanismen entwickelt. Diese lassen sich unter Continuous Integration and Continuous Deployment (CI/CD) zusammenfassen. CI/CD ermöglicht kürzere Release Zyklen, indem die Software automatisiert getestet und auch ausgeliefert werden kann. Um eine größere Menge an Containern zu überwachen werden Orchestrierungstools wie Kubernetes eingesetzt. Diese aktuellen Entwicklungen der Softwareentwicklung dringen zunehmend in Bereiche vor, für die sie nicht konzipiert wurden. Hier gilt es, die Eignung dieser Konzepte für verschiedene Anwendungsfälle in der Industrie genau zu untersuchen.
Im Fokus dieser Arbeit steht die Entwicklung einer industriegeeigneten CI Pipeline. Dafür soll Herr Molkenthin in einem ersten Schritt die Eigenschaften aktueller CI/CD Architekturen analysieren. In einem zweiten Schritt sind konkrete Anforderungen an Software Bereitstellung und Auslieferung im Industrieumfeld zu ermitteln (Echtzeitfähigkeit, Sicherheit etc.). Entsprechend dieser Anforderungen ist eine geeignete CI–Pipeline methodisch abzuleiten und anschließend prototypisch aufzubauen. Als Applikation soll eine SPS Runtime verwendet werden. Der entwickelte Prototyp soll von Herrn Molkenthin anhand der Ausführung verschiedener Software-Tests evaluiert werden. Hierfür sind insbesondere für die Industrie relevante Testfälle auszuwählen (Dynamische Tests, Integrationstests, Sicherheitstests). Nach erfolgreichem Testdurchlauf ist das anschließende Deployment zu skizzieren. Die Ergebnisse der Arbeit sind umfassend wissenschaftlich zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Molkenthin, Jim
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert (TUD), Christian-Klaus Müller (Audi)
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 14.03.2022 – 15.08.2022

In der Industrie 4.0 werden zunehmend eigenständig und kooperativ handelnde digitale Zwillinge verwendet. Damit diese interagieren können, müssen sie als Typ 2- bzw. reaktive Verwaltungsschale abgebildet werden. Eine solche Verwaltungsschale benötigt eine Laufzeitumgebung, um mit anderen Assets aktiv interagieren zu können. Diese Laufzeitumgebung bietet ihre Dienste über Industrie 4.0 konforme APIs, die von der Plattform Industrie 4.0 spezifiziert werden. Aktuell sind eine allgemeine technisch neutrale API und eine technologiespezifische API für HTTP/REST definiert. Offen ist, wie diese APIs auf Korrektheit und Konformität verifiziert und validiert werden können um entsprechende fehlerfreie und konsistente Software zu entwickeln. Während der Prozess der Verifizierung die Software gegenüber der Spezifikation überprüft beurteilt der Prozess der Validierung, wie gut das System die zuvor festgelegten Anforderungen erfüllt. Im Bereich der API-Testung prüft die Verifikation, ob die I4.0-Komponente die Spezifikation in Bezug auf Attribute und Elemente aus der Spezifikation erfüllt, während die Validierung prüft, ob die API die Anforderungen und Einschränkungen eines AAS Typ2 erfüllt. Diese Themen stehen im Mittelpunkt dieser Arbeit. Für die Testung der API sind verschiedene Methoden und Verfahren aus der Validierung und Verifikation von API aufzuzeigen. Darüber hinaus soll ein Entwurf für die Testung der I4.0 API erfolgen und prototypisch eine Implementierung an einem geeigneten Beispiel demonstriert werden.
Aufgaben:
•Analyse der spezifizierten APIs für I4.0 Digital Twin (AAS)
•Recherche von Testverfahren für HTTP/REST bzw. RESTfull APIs
•Analyse der Anforderungen an allg. REST APIs und I4.0 Digital Twin
•Aufbereiten von Kriterien für Testszenarien anhand der Anforderungen
•Erzeugen prototypischer Testfälle aus den Testszenarien

Die erstellten Lösungen sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Ahn, Davin
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert, Nico Braunisch
Prüfer: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Bearbeitungszeitraum: 02.05.2022 - 17.07.2022

Das Voranschreiten datenzentrierter Sichtweise erzeugt einen Paradigmenwechsel und unter-stützt die digitale Transformation für maschinennahe Dienstleistungen. Beispielsweise ist bei der Herstellung von hochpräzisen Bauteilen durch Werkzeugmaschinen eine ständige Kontrolle des aktuellen Genauigkeitsniveaus sowie eine regelmäßige Maschinenrekalibrierung notwendig. Die-ser komplexe Vorgang garantiert zwar einerseits das Einhalten enger Fertigungstoleranzen, ande-rerseits ist er mit einem großen Aufwand verbunden, da bisher die Fachkräfte des Maschinenher-stellers zur Durchführung vor Ort sein müssen. Hier wird eine Lösung gesucht, welche es dem Maschinenbetreiber ermöglicht, selbstständig nach Bedarf seine Maschine zu prüfen aber gleich-zeitig spezifisches Wissen des Maschinenherstellers schützt. Im Rahmen der Bachelorarbeit soll ein Modell für eine datengetriebene Dienstleistung auf Basis von Expertenwissen unter dem Gesichtspunkt der Automatisierbarkeit konzipiert und schließlich prototypisch umgesetzt werden. Hierbei sind die verschiedenen beteiligten Instanzen entlang des Informationsflusses, die Nutzerfreundlichkeit sowie Möglichkeiten zur generischen Verwertung im Kontext von Smart Service-Plattformen zu betrachten. Weiterhin zu beachten sind verschie-dene Schnittstellen der Messsysteme, Orchestrierung der Datenströme aus Messsystem und Ma-schinensteuerung und die Ausgabe des Ergebnisses in menschenlesbare Form.
Aufgaben:
• Recherche zum Stand der Technik
• Erarbeiten des Modells einer datengetriebenen Dienstleistung
• Implementierung einer datengetriebenen Dienstleistung unter Berücksichtigung der Vor-gaben von Expertenwissen und dem erarbeiteten Konzept
• exemplarischer Versuchsaufbau: Maschine zu Maschine Kommunikation zwischen Ma-schinenbetreiber (Kunde), Maschinenhersteller (Dienstleister) und Smart Services Platt-form

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Beyer, Antonia
Betreuer: Dipl.-Ing. Kilian Armin Nölscher, FhG IWU
Dr.-Ing. Frank Hilbert, TU Dresden
Prüfer: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Bearbeitungszeitraum: 14.11.2022 - 29.01.2023

In der Industrie 4.0 werden zunehmend eigenständig und kooperativ handelnde Assets verwen–det, welche sowohl ihre Fähigkeiten über eigene Dienste anbieten als auch fremde Dienste nutz–en. Damit solche Assets in Industrie 4.0-Systemen verwendet werden können, müssen sie als I4.0-Komponente agieren und Ihre Fähigkeiten über digitale Zwillinge in Form einer Industrie 4.0 Verwaltungsschale abbilden. Zur Realisierung der Interaktion und Kooperation mit anderen As–sets wird eine proaktive Verwaltungsschale benötigt, welche wiederum eine Laufzeitumgebung erfordert, die ihre Dienste über I4.0 konforme APIs anbietet. Spezifiziert werden diese APIs in “Details of the Asset Administration Shell Part 2 – Interoperability at Runtime – Exchanging Infor–mation via Application Programming Interfaces”. Nach bisherigem Stand der Technik sind eine technisch neutrale API und eine technologiespezifische API für HTTP/REST definiert. Für die Er–mittlung der Fähigkeiten des Assets bzw. der Ausführung funktionaler Aspekte wird jedoch ein vielfältiges Spektrum an APIs benötigt. Insbesondere wird eine Query API benötigt um die Fähig–keiten und Eigenschaften der Assets über die Verwaltungsschale abfragen zu können. Für eine derartige Query API soll – auf Grundlage der existierenden API-Definition –ein Entwurf und eine prototypische Implementierung erfolgen. Die Ergebnisse der Arbeit sind in geeigneter Weise zu evaluieren und umfassend zu dokumentieren.
Aufgaben:
- Analyse der spezifizierten APIs für I4.0-Verwaltungsschalen
- Recherche von Methoden zur Abfrage bzw. Suche von Informationsmodellen
- Entwurf einer Schnittstelle für die Abfrage der Eigenschaften und Fähigkeiten des Assets
- Implementierung der Query API für Verwaltungsschalen
- Prototypische Realisierung der Schnittstelle am Demonstrator

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Reiplinger, Tim
Betreuer: Nico Braunisch, Dr.-Ing. Frank Hilbert
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.07.2022 – 02.12.2022

Der ständig wachsende Funktionsumfang moderner IoT-Geräte erfordert die Verwendung von Betriebssystemen. Allerdings verhindert die Ressourcenbeschränkung solcher Geräte (z. B. fehlende MMUs, begrenzter Arbeitsspeicher) die Verwendung etablierter Standard-Betriebs-systeme wie Linux. Daher haben sich im Internet der Dinge verschiedene Betriebssysteme (OS) wie FreeRTOS, Contiki, TinyOS etc. etabliert, die genau diese IoT-Einschränkungen adressieren. Diese IoT-OS sind je nach Domäne und Intention der Entwickler verschieden ausgeprägt. So unterstützen sie verschiedene Kommunikationsprotokolle und bieten unterschiedliche Funktionen für Energie-Management, Speicherverwaltung sowie Sicherheit. Da sich IoT-Geräte im Zuge der Industrie 4.0 und der IIoT-Entwicklung auch zunehmend in der Automatisierung verbreiten, dringen diese Betriebssysteme in Bereiche vor, für die sie nicht konzipiert wurden. Hier gilt es, die Eignung dieser Betriebssysteme für verschiedene Anwendungsfälle in der Industrie genau zu untersuchen. Im Fokus dieser Arbeit steht die Entwicklung einer Metrik für den Vergleich von verschiedenen IoT-Betriebssystemen. Dafür sollen in einem ersten Schritt konkrete Anforderungen an Betriebssystemfunktionen in Bezug auf IoT und Industrie 4.0 im Industrieumfeld analysiert werden (Echtzeitfähigkeit, Sicherheit etc.). In einem zweiten Schritt sind aktuelle IoT-Betriebssysteme zu analysieren und deren Eigenschaften und typische Funktionen zu erfassen. Um eine bessere Vergleichbarkeit zu realisieren müssen die verschiedenen vorhandenen Funktionen nach unterschiedlichen, zu erarbeitenden Kriterien betrachtet und eingeordnet werden. Auf dieser Basis ist eine geeignete Bewertungsmetrik für Betriebssysteme aufzustellen. Die Verwendung dieser Metrik ist an mindestens drei Betriebssystemen zu demonstrieren. Die Ergebnisse der Arbeit sind umfassend wissenschaftlich zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Alex Rockstroh
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert
1. Gutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
2. Gutachter: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Bearbeitungszeitraum: 10.05.2021 – 11.10.2021

Der ständig wachsende Funktionsumfang moderner IoT Geräte erfordert die Verwendung von Betriebssystemen. Allerdings verhindert die Ressourcenbeschränkung solcher Geräte (z. B. fehlende MMUs, begrenzter Arbeitsspeicher) die Verwendung etablierter Standard Betriebssysteme wie Linux. Daher haben sich im Internet der Dinge verschiedene Betriebssysteme (OS) wie FreeRTOS, Contiki, TinyOS etc. etabliert, die genau diese IoT Einschränkungen adressieren. Diese IoT OS sind je nach Domäne und Intention der Entwickler verschieden ausgeprägt. So unterstützen sie verschiedene Kommunikationsprotokolle und bieten unterschiedliche Funktionen für Energie
Management, Speicherverwaltung sowie Sicherheit. Da sich IoT Geräte im Zuge der Industrie 4.0 und der IIoT Entwicklung auch zunehmend in der Automatisierung verbreiten, dringen diese Betriebssysteme in Bereiche vor, für die sie nicht konzipiert wurden. Hier gilt es, die Eignung dieser Betriebssysteme für verschiedene Anwendungsfälle in der Industrie genau zu untersuchen. Im Fokus dieser Arbeit steht die Entwicklung einer Metrik für den Vergleich von verschiedenen IoT Betriebssystemen. Dafür soll en in einem ersten Schritt konkrete Anforderungen an Betriebssystemfunktionen in Bezug auf IoT und Industrie 4.0 im Industrieumfeld analysiert werden (Echtzeitfähigkeit, Sicherheit etc.). In einem zweiten Schritt sind aktuelle IoT Betriebssysteme zu analysieren und deren Eigenschaften und typische Funktionen zu erfassen. Um eine bessere Vergleichbarkeit zu realisieren müssen die verschiedenen vorhandenen Funktionen nach unterschiedlichen, zu erarbeitenden Kriterien betrachtet und eingeordnet werden. Auf dieser Basis ist eine geeignete Bewertungsmetrik für Betriebssysteme aufzustellen. Die Verwendung dieser
Metrik ist an mindestens drei Betriebssystemen zu demonstrieren. Die Ergebnisse der Arbeit sind umfassend wissenschaftlich zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Rockstroh Alex
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Prüfer: Prof. Dr. Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 10.05.-11.10.2021

PROFINET IO ist ein industrielles Kommunikationsprotokoll, welches auf Ethernet basiert. Es sorgt für die Übertragung von Prozesswerten zwischen speicherprogrammierbaren Steuerungen und angeschlossenen Feldgeräten. An der Professur für Prozesskommunikation existiert ein Softwarefeldgerät, welches einen einfachen PROFINET IO-Stack besitzt. Zur Verbesserung der Spezifikationskonformität soll dieser Stack um die Unterstützung von mehreren gleichzeitigen Applikationsbeziehungen (Application Relations, ARs) erweitert werden.
Aufgabe
• Analyse der PROFINET IO-Spezifikation
• Analyse des bestehenden Softwarefeldgerätes
• Anpassung des Geräte-Prozessabbildes (DatenContainer)
• Implementierung der Multi-AR-Unterstützung und Test mit SPSen

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Lukas Jährling
Betreuer: Stefan Mätzler
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Abgabe:   1.11.2021

In der Industrie werden zunehmend eigenständig und kooperativ handelnde Assets verwendet, welche ihre Fähigkeiten über Dienste anbieten und fremde Dienste nutzen. Damit solche Assets in Industrie 4.0-Systemen verwendet werden können, müssen sie als I4.0-Komponente abgebildet werden. Dafür müssen sie lebenszyklusbegleitend Merkmale, wie Parameter, Referenzen, Dateien, Operationen, Events und Variablen in Form einer Industrie 4.0 Verwaltungsschale als digitaler Zwilling abbilden. Zur Realisierung dieser Eigenständigkeit wird eine proaktive Verwaltungsschale benötigt, welche wiederum eine Laufzeitumgebung erfordert um mit anderen Assets interagieren und kooperieren zu können.
Im Rahmen des Komplexpraktikums sollen solche proaktive Komponente für Industrie 4.0 über das Konzept Verwaltungsschale auf unterschiedlichen HW Plattform realisiert werden. Dafür ist eine geeignete Laufzeitumgebung mit den benötigten Funktionalitäten an einem gegebenen Testsystem umzusetzen. Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und als Protokoll zu dokumentieren und die Projektarbeit innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Aufgabe:
• Analyse des Testsystems für die Verwendung von Industrie 4.0
• Modellierung der I4.0 Verwaltungsschalen
• Analyse möglicher Laufzeitumgebungen für Industrie 4.0
• Umsetzung der Dienste des proaktiven Assets
• Implementierung der Verwaltungsschalen-Laufzeitumgebung am Testsystem

wissenschaftliche Arbeitsmethodik
Bearbeitet durch: Parczyk, Oliver
Betreuer: Nico Braunisch
Prüfer: Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 11.10.2021 - 07.03.2022

Damit Assets in zukünftigen Industrie 4.0-Systemen verwendet werden können, müssen sie als I4.0-Komponente abgebildet werden. Dies wird über die 14.0 Verwaltungsschale realisiert. Jedoch können Leistung und Verbindungseigenschaften von 14.0 Assets unterschiedlichen Beschränkungen unterliegen. Daher bietet es sich an, verschiedene Teile der Verwaltungsschale in unterschiedlichen Systembestandteilen zu realisieren.
Dabei ist der jeweilige Aspekt des Assets und deren Verwendung zu berücksichtigen.
Dynamische Aspekte müssen in direkter Nähe des Assets realisiert werden, während aufwendigere Operationen an rechentechnisch mächtigere Komponenten, wie z.B. die Cloud ausgelagert werden können. In dieser Arbeit sollen verteilte Ansätze zur Bereitstellung und Ausführung von 14.0 Verwaltungsschalen für 14.0 Assets untersucht werden.

Aufgabe:

• Analyse der unterschiedlichen Aspekte der Assets
• Analyse der Industrie 4.0-Verwaltungsschale
• Entwurf eines Konzepts für verteilte Verwaltungsschalen
• Implementierung eines Prototyps

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Christoph Wilding
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert, Nico Braunisch
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 5.04.2021 - 21.06.2021

Für eine flexible und strukturierte Netzwerkverwaltung wird die Modellierung im Bereich Industrie 4.0 immer wichtiger. Dabei kommen unterschiedliche Protokolle und Informationsmodelle von Netzwerkmanagement zum Einsatz. Mit einer zunehmenden Anzahl an aufkommenden Modellen werden Methoden für die Generierung, Transformation und Verknüpfung dieser Modelle immer relevanter. Für die Industrie 4.0 stellt die Abbildung der Informationsmodelle in digitalen Zwillingen die derzeit größte Aufgabe dar. Dabei ist durch das (Meta-)Modell der Verwaltungsschale in der Industrie 4.0 eine interoperable Spezifikation für digitale Zwillinge vorgegeben. Die Informationsmodelle der Netzwerkverwaltung müssen, für die Anwendbarkeit in Industrie 4.0, in die (Teil-)Modelle der Verwaltungsschale überführt werden. Darüber hinaus muss eine Schnittstelle zwischen Netzwerkmanagement von der Anwendungseben und Laufzeitumgebung der Verwaltungsschale geschaffen werden, damit zukünftige I4.0 Services aktiv auf diese zugreifen können.

• Verschieden Netzwerkmanagementprotokolle analysieren und vorstellen
• Analyse der Informationsmodelle von Netzwerkmanagement
• Meta-/Informationsmodelle im Bereich Industrie I4.0 vorstellen
• Modellierung der Netzwerkmanagementprotokolle in I4.0 (Teil-) Modellen
• Verfahren zur Verknüpfung bzw. Umwandlung von Modellen vorstellen
• Mapping der Schnittstellen zwischen I4.0 und Netzwerkmanagement
• Prototypische Implementierung der Modelltransformation an einem Demonstrator

Diplomarbeit

Bearbeitet durch: Khoroshun, Volodymyr
Betreuer: Dipl.-Inf. Nico Braunisch, Dr.-Ing. Robert Lehmann

Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 01.11.2021 -  02.05.2022

Das zentrale Element in der Entwicklung von Industrie 4.0 Assets ist die Modellierung der
Verwaltungsschale (engl. Asset Administration Shell, kurz AAS). Dafür wird das Industrie
4.0 Metamodell genutzt, um die unterschiedlich detailliert und spezifizierten Teilmodellen
der AAS sowie deren Elemente abzubilden. Existierenden Ausprägungen des Metamodells
stoßen bei den Möglichkeiten alle Aspekte der Spezifikation vollständig darzustellen
schnell an ihre Grenzen. Aus diesem Grund muss die Metamodellierung der AAS in einer
der Spezifikation genügenden Abbildungen oder mithilfe von darauf aufsetzenden
Sprachen für die Rahmenbedingungen erfolgen.
Im Rahmen der Arbeit ist das AAS Metamodell sowie deren Elemente anhand der
Spezifikation zu analysieren. Die wesentlichen Modellbestandteile und Konzepte sind
zusammenzustellen und zu erläutern. Darüber hinaus sind die verschiedenen offiziellen
Ausprägungen des in Industrie 4.0 Metamodelle mit der Spezifikation zur vergleichen
sowie unterschiedliche Verfahren zur Modellverarbeitung zu erörtern. Die
Arbeitsergebnisse sind in geeigneter Form zu dokumentieren und zu präsentieren.

Analyse eines Forschungsthemas

Bearbeitet durch: Strauß, Wieland
Betreuer: Dr.-Ing. Robert Lehmann, Dipl.-Inf. Nico Braunisch
Gutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger

Bearbeitungszeitraum: 01.06.2021 -14.09.2021

Damit IIoT-Geräte im Kontext von Industrie 4.0 verwendet werden können, müssen sie als I4.0-Komponente gestaltet werden. Dafür müssen sie lebenszyklusbegleitend sowohl relativ statische Merkmale, wie Parameter, Referenzen und Dateien, und dynamische Merkmale wie Operations, Events und Variablen in Form einer Industrie 4.0-Verwaltungsschale beschreiben.

Der Aspekt der Dynamik ist bei der Verwendung von IIoT-Assets sehr wesentlich. Daher darf eine Verwaltungsschale für IIoT-Assets nicht nur als statische Referenz und Datenquelle für die I4.0 Merkmale dienen, sondern muss sich auf Aktualdaten und sich ändernde Relationen beziehen.

Aufgrund der für IIoT-Geräte üblichen beschränkten Erreichbarkeit muss eine Industrie 4.0-Verwaltungsschale für IIoT-Assets an zuverlässig erreichbaren Stellen hinterlegt, zur Verfügung gestellt und ausgeführt werden. Dies kann z. B. innerhalb eines permanent erreichbaren Gateway und der Cloud erfolgen. Dabei kommen die Aspekte der I4.0-Verbundkomponente zum Tragen. Hier sind spezielle Referenzen und Relationen notwendig, um die betreffenden Teilmodellen und deren Merkmale für die unterschiedlich beschränkten Assets abzubilden.

Aufgabe:

• Analyse der statischen und dynamischen Eigenschaften von IIoT-Geräten
• Modellierung einer Industrie 4.0-Verbundkomponente mit BOM
• Entwurf einer Architektur für Verwaltungsschalen für IIoT Geräte
• Implementierung eines Prototyps

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Tim Reiplinger
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert, Nico Braunisch
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 19.04.2021 – 16.07.2021

Mit dem Produkt SIMIT besteht eine Lösung im Simulationsumfeld für die Automation von technischen Prozessen. Diese reicht von einfachen Prozessnachbildungen zum Test der Automatisierungssoftware bis hin zur Generierung komplexer Trainingssimulatoren, mit deren Hilfe Operatoren verfahrenstechnischer Anlagen mit der sicheren Fahrweise und dem routinierten Vorgehen im Fehlerfall auch unter extremen Bedingungen vertraut gemacht werden. Im Rahmen der Abschlussarbeit soll eine Bedienungsoberfläche für Ausbilder erstellt werden, die die Simulation inklusive aller zugehörigen Komponenten steuert und die Möglichkeit bietet, optionale Module zur Unterstützung des Trainings einzubinden. Für die Bearbeitung erfolgt zunächst eine Einarbeitung in einen existierenden Trainingssimulator für ein Gas- und Dampfkraftwerk. Unter Einbeziehen von Anwendern sollen des Weiteren die Anforderungen an eine solche Oberfläche basierend auf typische Bedienszenarien spezifiziert und ein Konzept für eine Bedienungsoberfläche für Ausbilder-Funktionalitäten entworfen werden. Darauf aufbauend soll ein Prototyp programmtechnisch umgesetzt werden, der eine modulare Erweiterbarkeit gewährleistet. Einzubindende Module sind z.B. ein vorhandenes Trainee Performance System sowie im Rahmen der Arbeit zu erstellende Module zur Signalstimulation und zur gezielten Anregung von Fehlfunktionen. Es soll im Rahmen der Arbeit eine erste Evaluierung des Prototyps vorgenommen werden. Für diese Evaluierung soll der Ansatz des User-Centered-Designs verwendet werden. Die Ergebnisse der Arbeit sind umfassend wissenschaftlich zu dokumentieren. Die Arbeit wird in Kooperation mit der Firma Siemens durchgeführt.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Michael Glathe
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Frank Hilbert
Bearbeitungszeitraum: 01.10.2019 – 10.03.2020

Cloud-based platforms are becoming an increasingly popular choice to implement solutions for the Industrial Internet of Things (IIoT), especially for condition monitoring (CM). To support system architects and developers in building flexible, robust and scalable solutions, cloud providers offer implementation guides, called reference architectures. These architectural patterns shall be evaluated and adopted in industrial applications.

After detailing out core concepts of CM and its requirements, the work shall give an overview about the closely related German industry standard VDMA 24582:2014-04: ("Fieldbus Neutral Reference Architecture for Condition Monitoring in Factory Automation"). Reference architectures from different cloud vendors shall be compared with respect to the requirements. The most suitable design shall be selected for an in-depth technical assessment. As a next step, a CM reference implementation of the selected architecture proposal shall be developed, providing the subject to studying suitability of this reference architecture in a practical context. Special focus shall be put on maintainability and lifecycle management of the solution, operational expenditure and other aspects. Additionally, the solution's compatibility with VDMA 24582:2014-04 shall be investigated. An optional last aspect would be the comparison of cloud approaches to current on-premise solutions.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Axel Wogawa
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler, Dr.-Ing. Holger Brandl (SYSTEMA)
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Frank Hilbert
Bearbeitungszeitraum: 08.10.2019 – 23.03.2020

Die Technologien „Time Sensitive Networking (TSN)“ sowie „Software Defined Networks (SDN)“ sollen Flexibilität und deterministisches Verhalten in konvergenten industriellen Netzen garantieren.

Ziel dieser Arbeit ist es, ein TSN Referenzsystem zu entwerfen und aufzubauen, mit dem es möglich sein soll, die Anforderungen der verschiedenen für die Industrie typischen Anwendungsfälle zu berücksichtigen. Es soll damit sichergestellt werden, dass die Vielfalt an unterschiedlichen Kommunikationsformen und Anforderungen auf demselben TSN Netzwerk bedient werden können. Teil der Arbeit ist es, Strategien zur Einbindung von nicht-TSN-fähigen Feldgeräte zu entwickeln, sodass aktuelle Ethernet-basierte Feldbuslösungen mit geringem Aufwand über einen TSN-Backbone kommunizieren können.

Das TSN-Referenzsystem soll hardwareprogrammierbare Switches (z.B. Innoroute Trustnodes) als grundlegende Bausteine nutzen. Daneben soll die Implementierung von virtuellen Netzwerken auf der vorhandenen Hardwareinfrastruktur ermöglicht werden.

Es soll evaluiert werden, inwiefern deterministische Netzwerkkommunikation mit den Switches bzw. mit der virtuellen Implementierung sinnvoll umgesetzt werden kann, da die Kommunikation hinsichtlich 5G im industriellen Kontext höchstwahrscheinlich mit einer Kombination von TSN und SDN erfolgen wird.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Alexander Müller
Betreuer: M. Sc.-Ing. Santiago Soler Perez Olaya
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 21.10.2019 – 23.03.2020

Die Komponenten industrieller Anlagen werden im Kontext von Industrial IoT und Industrie 4.0 als flexible, eigenständige und kommunikationsfähige Entitäten betrachtet. Der aktuelle Stand der vorhandenen Technik sieht jedoch anders aus. Vor allem, wenn man die bereits verbauten und im Betrieb befindlichen Komponenten betrachtet. 

Im industriellen Kontext werden Anlagen detailliert geplant und teils über Jahrzehnte betrieben. Um das Potenzial der Flexibilität von IIoT zeitnah zu heben, müssen für die Überbrückung dieser Lücke Anpassungen der bestehenden Technologien erfolgen. Zur Anbindung vorhandener Technik (Legacy Equipment) an das Internet der Dinge werden in der Industrie verschiedene Technologien verwendet.

Im Fokus der Arbeit steht das Aufzeigen von Möglichkeiten für eine derartige Integration von Komponenten.  Dafür soll zunächst der Stand der Technik bei vorhandenen Geräten und Anlagen aufgezeigt und somit der Ausgangszustand erfasst werden. Anhand dessen werden die Anforderungen an bestehende Technik für zukünftige Herausforderungen in Bezug auf IoT und Industrie 4.0 erhoben.

Die verschiedenen Verfahren zur Anbindung bestehender Geräte und Anlagen an Netzwerkkommunikation müssen dargestellt und kategorisiert werden. Um eine bessere Vergleichbarkeit zu realisieren müssen die verschiedenen vorhandenen “Brückentechnologien” nach unterschiedlichen, zu erarbeitenden Kriterien betrachtet und eingeordnet werden. Im Zuge dessen soll die Vergleichbarkeit über eine geeignete Metrik erfolgen. 

Darüber hinaus soll ein Entwurf für ein derartiges System erfolgen und prototypisch eine Implementierung an einem geeigneten Beispiel demonstriert werden.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Sven Schlesinger
Betreuer: Dipl.-Inf. Nico Braunisch, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Robert Lehmann            Bearbeitungszeitraum: 29.04.2020 - 30.09.2020

„Time Sensitive Networking (TSN)“ so wie „Software Defined Networks (SDN)“ sollen Flexibilität und deterministisches Verhalten in konvergenten industriellen Netzen garantieren. Insbesondere TSN bietet eine Vielfalt an Möglichkeiten an, die die Gestaltung von industrieller Kommunikation – mit Hinsicht auf flexible Produktion – auf einem qualitativ höheren Niveau ermöglichen soll.

Ziel dieser Arbeit ist eine Analyse, wie die TSN-Fähigkeiten (z.B. VLAN-Tagging, Synchronisation, Monitoring von Verzögerungen) und TSN-Kommunikationsmuster (z.B. Traffic-Shapers, Scheduling, priorisierter Traffic auf bis zu 8 Queues, freie Topologie, Multicast) die industrielle Kommunikation in Zukunft unterstützen können. Für diese Analyse sollen die Ergebnisse der Diplomarbeit von Alexander Müller als Ausgangspunkt verwendet werden.

Die Ergebnisse der Arbeit sind in geeigneter Weise zu evaluieren und umfassend zu dokumentieren.

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Jannusch Bigge
Betreuer: M.Sc.-Ing. Santiago Soler Perez Olaya
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Frank Hilbert
Bearbeitungszeitraum: 01.09.2020 - 17.11.2020

Im Internet der Dinge etablieren sich bereits verschiedene Kommunikationsprotokolle wie MQTT, AMQP, CoAP, LwM2M, XMPP, DDS etc. Diese sind je nach Bestreben der Anbieter und ihrem An-wendungsfall unterschiedlich gut standardisiert. Diese Protokolle etablieren sich auch zunehmend im Bereich IIoT und Industrie 4.0. Die reine Spezifikation von Protokollen ist jedoch nur ein Schritt für die Anwendung dieser. Einen wesentlichen Teil stellt die Umsetzung durch Referenzimple-mentierungen dar.

Im Rahmen der Arbeit sind verschiedene Protokolle sowie ihr jeweiliger Anwendungsfall aufzuzei-gen und zu vergleichen. Dafür sollen im Speziellen verschiedene Einsatzgebiete für IoT-Protokolle analysiert werden und Kriterien sowie eine Metrik für den Vergleich der verschiedenen Protokolle ermittelt werden. Abschließend soll eine Auswahl von Protokollen anhand dieser Metrik mitein-ander verglichen werden.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Christoph Wilding
Betreuer: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Abgabe: 10.05.2020

Der Verkehr der Zukunft wird von Kommunikation zwischen allen Verkehrsteilnehmern geprägt sein. Neben den Fahrzeugen werden Komponenten, die am Straßenrand installiert sind, an dieser Kommu-nikation beteiligt sein. Allgemeinhin werden diese Komponenten als Road Side Units (RSU) bezeichnet. Besonders die Heterogenität der RSUs bedingt durch verschiedene Hardwareversionen, unterschiedliche Anbieter von Straßentechnik, unterschiedliche Ausstattungsgrade und feingranulare Zugriffsberechtigungen (bedingt durch Besitzverhältnisse von Komponenten) gilt es zu beachten.

Perspektivisch wird eine Vielzahl der Lichtsignalanlagen in urbanen Räumen mit solchen RSUs ausge-stattet sein. Es wird sofort ersichtlich: Um ein System von solchem Umfang und solchen geographi-schen Ausmaßen erfolgreich betrieben zu können, ist ein umfassendes und zugleich einfaches System-Management der Gesamtheit aller RSUs absolut notwendig.

Ziel dieser Arbeit soll es sein, ein System zu entwerfen und prototypisch umzusetzen, das ausgewählte Management-Funktionen um- und durchsetzen kann. Damit den Ansprüchen an Betriebserprobtheit genügt wird, ist basierend auf Vorarbeiten ein geeigneter und in den Feldern IoT, IT oder Industrie etablierter Ansatz für die Umsetzung zu wählen und entsprechend weiter zu entwickeln. Die prototypische Umsetzung soll dabei im Rahmen der laufenden Forschungsprojekte am Fraunhofer Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI erfolgen. Erste Tests sollen dabei auf dem digitalen Testfeld Dresden erfolgen. Die Eingangsanalyse der Gegebenheiten in den Installationen des Testfeldes ist dabei obligat.

Konkret sollen in dieser Arbeit drei Management-Funktionen im Vordergrund stehen:

• Das Konfigurations-Management; hierbei müssen komplexe Konfigurationen auf einer beliebigen Anzahl von gemanagten Systemen (physisches Asset) unter Berücksichtigung von Aspekten der Betriebssicherheit durchgesetzt werden.
• Das Status-Management; diese Management-Funktion überwacht und verändert den Betriebs-status von Prozesse und Zustände eines Assets.
• Das Log-Management; Die Zuordnung von Logs zu Assets bzw. Teilen von Assets und deren Aggregation ist Bestandteil des Log-Managements.

Da es sich bei der Digitalisierung der Verkehrsinfrastrukturen um ein sich stark entwickelndes Thema handelt, ist ein integraler Bestandteil der Arbeit, die Technologien so auszuwählen und zu erweitern, dass auch zukünftige Entwicklungen und eine absehbare Erweiterung der Management-Funktionen umgesetzt und integriert werden können. Dabei soll auf die umfangreichen Vorarbeiten zurückgegriffen werden.

Die Arbeit und ihre Ergebnisse sind umfassend wissenschaftlich zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Nico Braunisch
Betreuer: Dr.-Ing. Robert Lehmann, Dr. rer. nat. Michael Klöppel, Dr.-Ing. Severin Strobl
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 15.10.2018 – 18.03.2019

Das Generic Device ist ein modulares, frei konfigurierbares Software-Feldgerät. Es besteht aus drei funktionalen Teilen und einem Teil, welcher für die interne Verwaltung und Konfiguration zuständig ist. Die Geräteapplikation kann dabei durch ein Funktionsblocknetzwerk abgebildet werden. Die Konfiguration erfolgt mittels einer XML-Datei, welche dem Generic Device als Startparameter übergeben werden muss. In ihr sind alle wesentlichen Konfigurationsdaten für den Hochlauf des Feldgeräts festgehalten. Für die Verwaltung mehrerer Generic Devices existiert ein Web-Framework, welches zu erweitern ist, so dass es die Aufgabe erfüllen kann.

Das gesamte Funktionsblocknetzwerk liegt in einer XML Datei beschrieben vor. Dieses muss pro Gerät zugeschnitten, mit zu kommunizierenden Objekten versehen und deren Kommunikation konfiguriert werden.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Peter Kuhmann
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 01.04.2019 – 17.06.2019

Im Bereich Industrie 4.0 bzw. Industrial Internet of Things (IIoT) geht die Entwicklung in Richtung immer leistungsfähigerer und intelligenterer Maschinen und Feldgeräte. Diese können ihre Funktionalitäten perspektivisch anderen Geräten und Produktionsteil­neh­mern, vorzugsweise über Serviceorientierte Architekturen (SOA), zur Verfügung stellen. OPC UA gilt momentan als eine der vielversprechendsten Technologien um dies zu ge­währ­leisten.

Um die Auswahl und den Zugang zu den einzelnen Services bei steigender Anzahl der Funktionalitäten und Zugriffsmodalitäten, also Servicetechnologien und Protokolle für den Nutzer handhabbar zu behalten, empfiehlt sich der Einsatz einer zentralen Kompo­nente die beispielsweise in Form eines Service-Brokers oder –Verzeichnisses realisiert sein kann. Aufgabe dieses soll sein, die angebotenen Funktionalitäten zu sortieren, zu filtern und die technischen Zugriffsmodalitäten zu kapseln und für den Nutzer zu regeln.

Kernziel der Arbeit ist die Analyse verschiedener möglicher Technologien zur Realisie­rung einer solchen Software und die exemplarische Implementierung mit einer ausgewählten geeigneten Technologie. Bei Entwurf und Implementierung der zentralen Komponente, sowie bei der Aufsetzung einer passenden Testumgebung mit Beispiel-Services, ist auf das Verwenden geeigneter Software, Frameworks und Techniken zu achten. Die Ergebnisse der Arbeit sind in geeigneter Weise zu evaluieren und umfassend zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Sven Schlesinger
Betreuer: Dr.-Ing. Robert Lehmann, Dipl.-Ing. Dipl.-Swt. Hartmut Schweizer
Prüfer: Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 01.04.2019 – 15.09.2019

Soll ein neues Produkt in den Markt gebracht werden, so wird in fortgeschrittenen Entwicklungs­phasen häufig ein Test mit hohem Realitätsbezug benötigt. Dafür bietet es sich an, sofern die Domäne es erlaubt, direkt im künftigen Einsatzraum des Produktes zu testen. Für Fahrzeuge be­deu­tet dies z.B. den Übergang von Versuchen in Simulatoren hin zu Versuchen auf Teststre­cken oder im realen Verkehr.

Auch beim Testen in einem realen Umfeld müssen gezielt Eigenschaften und Verhaltensweisen abgetestet werden. Dafür werden bestimmte Szenarien vordefiniert, z.B. Abbiegen auf einer fünf­ar­migen Kreuzung. Um den Test durchführen zu können, genügt die Definition jedoch offensicht­lich nicht. Es muss genau das benötigte Element (fünfarmige Kreuzung) im tatsächlichen Ver­kehrs­netz ausfindig gemacht werden. Für eine Verkettung von Teilszenarien zu einem komplexen Szenario (Annäherung mit 55km/h an fünfarmige Kreuzung ohne Lichtsignalanlage bei durch­schnittlicher Verkehrslage) wird der Suchaufwand schnell erheblich. Eine manuelle Suche im Straßennetz ist kaum möglich bzw. nur durch lokale Experten überhaupt zu bewältigen.

Ziele der Arbeit sind:

• Recherche zum Stand der Wissenschaft und Technik zur Abbildung von Anforderungen auf existierende Szenarien
• Metamodellierung zur Strukturierung der Merkmalsannotation
• Merkmalsannotation von Szenarien und Testfällen
• Entwurf und prototypische Entwicklung eines Systems zum Finden von Testfall-relevanten Szenario-Elementen

Die Arbeit und ihre Ergebnisse sind umfassend wissenschaftlich zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Hubert Stief
Betreuer: Dr.-Ing. Robert Lehmann, Dr. rer. nat. Michael Klöppel, Rico Auerswald, M.Sc.
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 15.04.2019 – 23.09.2019

Industrielle Steuerungsapplikationen können als Netzwerk aus mehreren Funktionsblöcken abgebildet werden. Dieses kann z.B. nach IEC 61499 formalisiert in einer XML Datei beschrieben werden. Dabei können einzelne Funktionsblöcke auf heterogene Ressourcen verteilt werden. Die Verteilung muss jedoch so erfolgen, dass die die Funktionsblöcke auf den Ressourcen ausgeführt werden können und die Steuerungsapplikation weiterhin in ihren normalen Grenzen funktioniert.

Im Rahmen der Studienarbeit sind bestehende Algorithmen bzw. Vorgehensweisen für die Verteilung von Funktionalitäten auf Ressourcen zu analysieren. Basierend auf den Ergebnissen und dem Kontext der industriellen Automation sind Festlegungen für verteilungsrelevante Ressourcenbeschreibungen zu treffen und es ist ein Lösungsalgorithmus zur Verteilung der Funktionalitäten zu entwerfen. Das Konzept ist in einer geeigneten Programmiersprache umzusetzen. Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Maximilian Thamm
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 15.04.2019 – 30.09.2019

Automatisiertes Fahren – eines der spannendsten Themen der heutigen Zeit - bringt eine Vielzahl von technischen Innovationen mit sich. Einige dieser Innovationen sind serienreif, andere befinden sich gegenwärtig in der Phase zwischen Grundlagenentwicklung und praktischer Einsetzbar­keit. Vor allem Ent­wick­lungen, die im Zusammenhang mit dem automatisierten Fahren in urbanen Räumen stehen, erfordern noch eine intensive Erprobung. Dabei spielen viele Belange und Einflussgrößen eine Rolle, z.B. die Aktionen/Reaktionen der Verkehrsteilnehmer, die Kommunikation untereinander und mit der Umgebung, die Topologie der Verkehrs­infra­struktur sowie übergeordnete die Verkehrslage. Bezogen auf das Testen automatisierten Fahrens, bildet die Vereinigung dieser Größen die Grundlage zu Ab­lei­tung von möglichen Testszenarien. Ein Testszenario beschreibt im Sinne eines Fahrszenarios eine Sequenz von Aktionen und Triggern dynamischer Objekte (z.B. Fahrzeuge) bzw. dynamischer Zustände (z.B. Signalphase einer Licht­signal­anlage) auf einem definierten Streckensegment zur Erprobung einer Fahrfunktion. Um zu­künf­tige Testfahren realitätsnah und vor allem mit einer möglichst hohen (Test-) Abdeckung durch­führen zu können, ist es notwendig relevante Testszenarien zu gewinnen. Hierzu können die Szenarien u. a. auch abstrahiert und mit ähnlichen Szenarien klassifiziert werden. Ein manuelles Ableiten von Testszenarien durch Experten ist ein möglicher Lösungsansatz, der sich jedoch in Anbetracht des enormen möglichen Testraums automatisierter Fahrfunktionen als sehr aufwändig und auf Dauer nicht praktikabel erweist. Eine andere Möglichkeit zum Generieren von Testszenarien ist die Ablei­tung aus historischen Testfahrten.

Es existieren aus vorangegangen Testfahrten detaillierte Log-Aufzeichnungen, die direkt oder indirekt Informationen zu den genannten Einflussgrößen beinhalten. Diese Daten sind strukturiert, jedoch weder klassifiziert noch annotiert. Unter Zuhilfenahme bestehender Modelle (z.B. OpenSCENARIO mit Referenzen auf OpenDRIVE-Karten) und geeigneter Methoden (z.B. maschinelles Lernen) lassen sich Testszenarien aus Log-Daten extrahieren. 

Ziele der Arbeit sind:

• Recherche zum Stand der Wissenschaft und Technik
• Ggf. geeignete Abbildungen in bzw. zwischen bestehenden Modellen
• Prototypische Entwicklung und Implementierung von Methoden zur Annotation und Klassifika­tion von Log-Daten
• Prototypische Generierung von relevanten Szenarien z.B. als OpenSCENARIO-Beschreibung

Die Arbeit und ihre Ergebnisse sind umfassend wissenschaftlich zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Christopher Hofmann
Betreuer: Dr.-Ing. Robert Lehmann, Dr. rer. nat. Michael Klöppel, Rico Auerswald, M.Sc.
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 15.05.2019 – 23.10.2019

Ein Hauptmerkmal der Industrie 4.0 ist die durchgehende Vernetzung aller Komponenten entlang der Wertschöpfungsketten. Dies schließt die Maschine-Maschine-Kommunikation ebenso ein, wie den Datenzugriff über die funktionalen Ebenen der Automatisierung hinweg. Gleichzeitig gilt es, geeignete Vorkehrungen zu treffen, um die Authentizität, Konsistenz und Nicht-Abstreitbarkeit der Daten zwischen den einzelnen Beteiligten einer Wertschöpfungskette sicherzustellen. Mit dieser durchgehenden Vernetzung wird es zudem zunehmend wichtiger, Dienstleistungen auf die Kundenwünsche anzupassen und abrechnen zu können. Damit die Verlässlichkeit derartig vernetzter Systeme sichergestellt werden kann, ist die Blockchain-Technologie eine mögliche Methode, deren Anwend­barkeit im Produktionsumfeld im Rahmen dieser Arbeit zu untersuchen ist.

Dazu sollen zunächst typische und plausible Szenarien in modernen Produktionssystemen ausgewählt und daraus systematisch Anforderungen für den Einsatz der Blockchain-Technologie abgeleitet werden. Aufbauend auf einer Analyse des State of the Art zur Blockchain-Technologie soll ein Konzept für den Einsatz dieser Technologie entwickelt werden. Dieses Konzept soll in einer prototypischen Implementierung eines Anwendungsszenarios geeignete Maschinen- und Pro­duktionsdaten erfassen, sicher ablegen und abrechnen. Die Implementierung soll in Bezug auf ihre Anfor­derungen und ihre Performance untersucht werden. Dazu sind geeignete technische und wirtschaftliche Kriterien zu erarbeiten und wenn möglich verschiedene Implemen­tier­ungs­varianten zu diskutieren.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu dokumentieren.

Die Arbeiten werden an der Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuer­ungen, Fakultät Maschinenwesen, Institut für Mechatronischen Maschinenbau durchgeführt.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Clemens Beyer
Betreuer: Dipl.-Medieninf. Gordon Lemme, M.Sc.-Ing. Santiago Soler Perez Olaya
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 01.06.2019 – 01.11.2019

Die Saxony Media Solutions GmbH hält ein eigenentwickeltes Planungs- und Steuerungssystem, mit dem Prozesse in der Produktion und Logistik betreut werden können. Aktuell gibt es relevante Projekte mit der Deutschen Bahn AG, der Robert Bosch GmbH, der Elbeflugzeugwerke GmbH und mit mittelständischen Unternehmen wie der Sächsischen Städtebahn. Während das Backend in Java entwickelt ist, wird das Frontend im Web-Browser ausgeführt. Ein großer Teil des Frontends wird automatisch aus dem Backend durch ein Template-Konzept generiert. Die Gantt-Diagramme jedoch sind für verschiedene Kunden Spezialentwicklungen, die über projektabhängige Schnittstellen mit Daten versorgt werden. Dies ist dadurch bedingt, dass hier besonders viele Interaktions- und Spezialkonzepte vorliegen. Innerhalb der Masterarbeit soll ein Konzept entworfen und umgesetzt werden, dass es ermöglicht, das Gantt-Diagramm aus dem Backend heraus mit seinen Funktionalitäten zu erzeugen und mit Daten allgemeingültig zu versorgen und.

Das Konzept zur Generalisierung und automatischen Erzeugung der Gantt-Diagramme sowie daraus resultierende Architekturänderungen sollen nach aktuellen Erkenntnissen aus dem Bereich der Softwaretechnik umgesetzt werden. Im ersten Schritt soll identifiziert werden, welche Funktionalitäten wie generalisiert werden sollen. Anschließend sollen geeignete Konzepte und Architekturen gegenübergestellt und bewertet werden. Dann soll das gewählte Konzept auf den Anwendungsfall angewendet werden. Die Effekte der Umsetzung sollen im Anwendungsfall bezogen auf Performance, User Experience und Wartbarkeit evaluiert werden.

Die Gantt Entwicklungen sollen in JavaScript, D3JS und Angular JS umgesetzt werden. Ergänzende Frameworks, Datenformate und Techniken zur Umsetzung werden dem Studenten überlassen.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Masterarbeit
Bearbeitet durch: Heiner Ludwig
Betreuer: Dr.-Ing. Oliver Schönherr
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Dr.-Ing. Frank Hilbert
Bearbeitungszeitraum: 11.06.2019 – 11.11.2019

Die Entwicklung von industriellen Anlagen im Rahmen von Industrie 4.0 fördert die Nutzung von neuen Kommunikationsansätzen wie „Industrial Internet of Things“ (IIoT). Diese neuen Ansätze werden mit der Herausförderung konfrontiert, mit Legacy Systeme koexistieren zu müssen. Von besonderer Bedeutung werden die Anforderungen und Grenzen von IIoT bezüglich klassischer industrieller Anwendungen wie Regelung sein.
Ziel dieser Arbeit soll es daher sein, ausgewählte Kommunikationslösungen auf Basis von IIoT in eine exemplarische PROFINET-basierte industrielle Anlage prototypisch zu integrieren. Anschließend ist die Lösung hinsichtlich der Nutzung für Regelungsanwendungen zu unter-suchen.
Als hierfür notwendige Teilaufgaben werden die Analyse der IIoT Kommuni¬kations-technologien in Vergleich mit anderen industriellen Kommunikationslösungen (wie z.B. PROFINET), die Analyse bestehender 1-Chip-Lösungen im Automatisierungsumfeld, das Engineering sowie die Validierung durch eine geeignete Implementierung angesehen.
Beim Entwurf von Kommunikationssystemen sowie bei der Umsetzung der Kommunikationslösung ist auf das Verwenden geeigneter Software, Frameworks und Techniken zu achten.
Die Ergebnisse der Arbeit sind in geeigneter Weise zu evaluieren und umfassend zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Justus Paulick
Betreuer: M.Sc.-Ing. Santiago Soler Perez Olaya
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Zweitgutachter: Dr.-Ing. Frank Hilbert
Bearbeitungszeitraum: 01.10.2017 – 15.02.2018

Die Entwicklungen von untereinander und mit der Infrastruktur vernetzten und automatisierten Fahrzeugen schreiten stetig voran. Erste Umsetzungen komplexer Fahrerassistenzsysteme stehen Fahrzeugführen von Oberklassefahrzeugen (Bsp. Autopilot des TESLA Model S und Model X) zur Verfügung. Die Bedeutung der Vernetzung geht dabei so weit, dass die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) der USA sich für eine Verbaupflicht von 802.11p-fähiger Hardware bei Neufahrzeugen einsetzt, da die zusätzlichen Informationen anderer Fahrzeuge und der Infrastruktur die Sicherheit im Straßenverkehr für manuelle und automatisiert fahrende Fahrzeuge erhöhen können.
Der Einsatz von Fahrzeugen mit Kommunikationssystemen zur direkten Informations¬über-mittlung birgt aber auch Gefahren und Risiken, welche in Simulationen untersucht und bewertet werden müssen. Ziel dieser Masterarbeit ist es, unter Nutzung der quelloffenen SUMO-Software, aus einer Verkehrssimulation mit mehreren Fahrzeugen, standardkonforme Car2X-Nachrichten abzuleiten und innerhalb der Simulation auf real eingehende Car2X-Nachrichten reagieren zu können. Im Ergebnis soll es möglich sein, Car2X-fähigen Fahrzeugen eine simulierte Umgebung in die reale Umgebung zu projizieren und anschließend deren Reaktion auf das vorgegebene Szenario bewerten zu können.

Die inhaltlichen Schwerpunkte der Arbeit liegen dabei auf:
•    dem Aufbau eines geeigneten urbanen Verkehrsszenarios in der Simulationsumgebung SUMO.
•    der Integration zwischen Simulation und einer realen C2X-Einheit (Plattform: embedded Linux; Sprache; C/C++; Schnittstellen: bekannt, erweiterbar).
•    der Nutzung, der durch die Verkehrssimulation SUMO erzeugten Verkehrsstrominformationen,  zur Generierung und Emission möglichst realitätsnaher C2X-Nachrichten
•    und umgekehrt dem Rückwirken von realen C2X-Nachrichten auf die simulierten Verkehrsströme.

Die Arbeit ist wissenschaftlich zu strukturieren. Insbesondere bedeutet das:
•    den Stand der Technik und Wissenschaft in allen relevanten Themenfeldern ist zu recherchieren.
•    das Problemfeld klar abzugrenzen.
•    einen der Problemstellung gerecht werdender selbstständiger Systementwurf durchzuführen.
•    im technischen Rahmen (s. Schwerpunkte) eine prototypische Umsetzung des zuvor entworfenen Systems durchzuführen.
•    die wissenschaftlichen und technischen Ergebnisse in geeigneter Form zu validieren und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Tino Noeres
Betreuer: Dr. Ing. Frank Hilbert,  Dr.-Ing. Robert Lehmann
Betreuer extern: Dipl.-Ing Robert Baumbach
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 02.10.2017 – 05.03.2018

Unter dem Aspekt von steigenden Energiepreisen, des betrieblichen Umweltschutzes und des wachsendem Automatisierungsgrades spielt die Auswertung und Optimierung der Energieeffizienz von Produktionssystemen eine stetig wachsende Rolle. Es existieren bereits verschiedene betriebliche Umweltinformationssysteme (BUIS), mit denen Energie- und Umweltdaten analysiert und bezüglich möglichen Optimierungspotenzials untersucht werden können. Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist der Zugriff auf möglichst aktuelle und genaue Daten. Heutzutage reicht es nicht mehr aus den Energieverbrauch eines Unternehmens anhand von wenigen Summenzählern zu messen. Vielmehr ist es gewünscht den Verbrauch anlagenspezifisch auswerten zu können.
Ziel dieser Arbeit soll es sein, ein Integrationskonzept für Energiedaten von verteilten und vernetzten Produktionssystemen in die betrieblichen Verwaltungsstrukturen für Industrie 4.0 zu erarbeiten.
Die Vernetzung und Integration zwischen Bereichen eines Unternehmens, von den Sensoren und Aktoren der Anlage bis in die Businessebene eines Betriebs, ist ein zentrales Element der Industrie 4.0 Vision. Um einen einheitlichen und technologieunabhängigen Informationsaustausch erreichen zu können bedarf es der Definition von Diensten und dazugehörigen Daten. Die Wahl von geeigneten Technologien zur Demonstration der Durchgängigkeit des Konzeptes ist an die im Industrie 4.0 Umfeld existierenden Technologien auszurichten.

Aufgaben:

• Analyse der Strukturen von relevanten Energie- und Umweltdaten im Automatisierungsumfeld
• Analyse bestehender Anwendungen zur Auswertung von Energiedaten

Entwicklung eines Integrationskonzeptes durch:

• Erstellung von Szenarien zu Integration von Energiedaten
• Erarbeiten notwendiger Teilaufgaben für das Integrationskonzept
• Definition von Diensten und Parametern
• Umsetzung des Integrationskonzeptes unter Verwendung geeigneter Technologien
• Evaluation der Ergebnisse

Die erstellten Lösungen sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Sofern die Arbeit Daten, Informationen oder Material enthalten sollte, die die Rausch & Pausch GmbH für sperrwürdig hält, sind diese in einen gesonderten Anhang, der Arbeit der in der Arbeit angegebenen Sperrfrist nicht veröffentlicht wird und Zugriff Unbefugter ausgeschlossen ist, zu verschieben.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Simon Schneider
Betreuer: Dipl.-Inf. Alexander Dennert, Stefan Schelter (Rausch & Pausch GmbH)
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Zweitgutachter: Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 02.10.2017 – 11.03.2018

Datenströme sind Konzepte zur Beschreibung von wiederkehrenden Übertragung und Verarbeitung von zusammenhängenden Daten. Sie besitzen besonders für das Multimedia Streaming in Netzwerken Bedeutung. Auch die datenstromorientierte Programmierung im Umfeld von Data Analytics nutzt solche Konzepte, die eine Ähnlichkeit zu Zeitreihen aufweisen.

Die typischen Datenquellen in der industriellen Automation können als Quellen für Datenströme betrachtet werden. Abhängig von den Eigenschaften der Anwendung sind die Kenngrößen dieser Ströme für die Übertragung in Echtzeit relevant.

Im Rahmen der Arbeit soll untersucht werden, welche Modelle für die Beschreibung von Datenströmen existieren und ob daraus QoS-Kenngrößen abgeleitet werden können. Diese Kenngrößen sollen zu den in der Industrie üblicherweise angewandten QoS-Definitionen in Beziehung gesetzt werden. Daraus sind, wenn möglich, Abbildungs- oder Transformations-vorschriften abzuleiten, um insbesondere künftige 5G-Netzwerke geeignet konfigurieren zu können.
Es soll ein Konzept entwickelt werden, wie diese Eigenschaften im Kontext von Industrie 4.0 bereitgestellt werden können.

Die Arbeiten sollen an einem geeigneten Beispiel, wie etwa einer Motion Control Lösung, konzeptionell evaluiert werden.
Die Ergebnisse der Arbeit sind umfassend zu dokumentieren.

Masterarbeit
Bearbeitet durch: Malte Thomas
Betreuer: M.Sc.-Ing. Santiago Soler Perez Olaya
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Zweitgutachter: Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 15.11.2017 – 18.04.2018

Zur Beschreibung von Funktionen in Automatisierungssystemen werden häufig Funktionsblöcke verwendet. Ein Funktionsblocknetzwerk stellt dann die Applikation des Automatisierungssystems dar. Die Blöcke werden dabei im Normalfall auf speicherprogrammierbare Steuerungen verteilt. Industrie 4.0 soll es jedoch ermöglichen, dass auch Blöcke dynamisch auf verschiedene Industrie 4.0-Komponenten mit unterschiedlichen Hardwareplattformen verteilt werden können.

Basierend auf existierenden Vorarbeiten zum Generic Device soll im Rahmen der Arbeit untersucht werden, welche Ressourcen und welche ihrer Eigenschaften für eine Verteilung von Funktionsblöcken beschrieben werden müssen und wie diese Informationen in eine Industrie 4.0 Verwaltungsschale integriert werden können. Das oder die entsprechenden Teilmodelle sind in die Verwaltungsschale des Generic Device mit geeigneten Mitteln zu integrieren. Aufbauend hierauf ist ein Client zu entwerfen, welcher den Verteilungsprozess durchführt. Er ist konzeptionell in die Werkzeugumgebung des Generic Device zu integrieren.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Runa Schlör
Betreuer TU Dresden: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.12.2017 – 03.05.2018

Bei der Hamburger Hochbahn (HHA) kommen Zugzielanzeiger zum Einsatz, die mittel PROFIBUS FMS vernetzt sind. Dieser Bustyp ist nicht mehr Bestandteil der internationalen Feldbusnorm und findet in neuen Leitsystemen keine Verwendung mehr. Im Falle der Hochrüstung des übergeordneten Betriebs- und Leitsystems bei der HHA könnten diese Zugzielanzeiger dann nicht weiterverwendet werden. Abhilfe würde hier eine spezifische Software-Entwicklung schaffen, die eine Umsetzung des Ethernet- auf das PROFIBUS FMS-Protokoll mit den besonderen Anforderungen der Vernetzung und des Betriebs von Zugzielanzeigern auf einem embedded Computer realisiert.

Für das zuvor beschriebene Szenario sind die beteiligten Komponenten bezüglich ihrer relevanten Eigenschaften zu untersuchen und bestehende, ähnliche Lösungen zu betrachten. Ein Konzept zur allgemeingültigen Abbildung von PROFIBUS FMS auf Ethernet ist zu entwerfen und umzusetzen. Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Alexander Müller
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler
Betreuer extern: Dipl.-Ing. Jörn Ewald / Dipl.-Inf. Michael Jahnel
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.12.2017 – 18.05.2018

Automatisiertes Fahren ist eines der spannendsten Themen der heutigen Zeit, mit einer Großzahl von angekündigten technischen Innovationen sowie ersten seriennahen Entwicklungen. Durch eine kontinuierliche Weiterentwicklung von Fahrerassistenzfunktionen besteht bereits gegenwärtig die Möglichkeit auf Autobahnen automatisiert zu fahren. Im urbanen Raum bestehen dagegen noch eine Vielzahl offener Fragen zur technischen Realisierbarkeit. Aus diesem Grund untersucht die Abteilung „Intelligente Verkehrssysteme“ am Fraunhofer Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI, wie durch Kommunikation zwischen vernetzten Fahrzeugen und Infrastrukturelementen sowie kooperative Abstim­mung untereinander automatisiertes Fahren in der Stadt optimal un­terstützt werden kann. Dazu erforschen wir z.B. den Einsatz von Road Side Units (RSUs), die mittels Vehicle-to-everything (V2X)-Kommunikation mit Fahr­zeu­gen kom­munizieren und auf Grund ihres erweiterten Lagebildes Empfehlung beispiels­weise bezüglich der Spur- oder Geschwindigkeitswahl geben können.

Ziel dieser Studienarbeit ist die Analyse, Portierung und gegebenenfalls Ver­besserung eines bestehenden Algorithmus für die RSU, der die Generierung und Kommunikation von Geschwindigkeitsempfehlungen im Kreuzungsbereich er­laubt. Dieser soll eine möglichst optimale Annäherung eines automatisierten Fahrzeugs an eine Lichtsignalanlage erreichen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf einer praxisnahen Implementierung auf der angedachten Zielhardware (NVIDIA Jetson TX2), das heißt es gilt u.a. Echtzeitanforderung (auch bei stärkerer Verkehrsauslastung) zu erfüllen. Weiterhin müssen auch die Besonderheiten der Kommunikation betrachtet werden, so kann die letzte Positionsmeldung eines Fahrzeugs beispielsweise mehr als eine Sekunde zurückliegen.

Zu den Aufgaben gehören:

• Einarbeitung in das Thema Green Light Optimized Speed Advisory (GLOSA)

• Portierung des vorhandenen Algorithmus unter Echtzeitanforderungen und Einbeziehung von unvollständigen bzw. veralteten Informationen

• Praxisnahe Simulation (Hardware-in-the-Loop auf der angedachten Zielhardware NVIDIA Jetson TX2) und Evaluierung (z.B. hinsichtlich Echtzeitfähigkeit, Latenz, verkehrlicher Kenngrößen wie z.B. Emissionen) des implementierten Algorithmus

Alle Zwischen- und Endergebnisse sind in wissenschaftlich adäquater Form zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Hubert Stief
Betreuer: Dr.-Ing. Robert Lehmann, Dr. rer. nat. Michael Klöppel
Prüfer: Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 01.05.2018 – 31.07.2018

Das Internet der Dinge (IoT) besteht wenig überraschend aus Dingen. Was aber sind diese „Dinge“? In der Regel handelt es sich dabei um embedded-Geräte die aufgabenspezifisch begrenzt sind, gleichzeitig im Vergleich zu früheren Generationen von embedded-Geräten jedoch gewachsenen Anforderungen an Flexibilität aufweisen. Wichtig ist vor allem: ein IoT Gerät in kommerziellen Anwendungen kommt selten alleine. Nimmt man Anwendungsbereiche wie den modernen Straßenverkehr auf Betreiberseite (Road Side Units) oder die (Zustands-)Überwachung industrieller Anlagen als Anhaltspunkt, so wird klar, dass hier schnell große Anzahlen an solchen IoT-Geräten erreicht werde. Im Hinblick auf das System- und Dienste-Management wirft das für Betreiber vor allem im Kontext von Aktualisierungen (Software, Firmware, Zertifikate) neue Probleme auf:

• Wie kann z. B. bei einem mehrere hundert Geräte umfassenden Pool eine neue Firmware betriebssicher eingespielt werden?
• Wie können Einstellungen/Parameter auf einer Vielzahl von Geräteinstanzen gleichzeitig betriebssicher angepasst werden?

Kernziel der Arbeit ist es, die vielfältigen Ansätze zum System- und Dienste-Management im Problemkontext zu evaluieren und einzelne prototypisch zu implementieren. Es gilt zunächst die Anforderungen an ein betriebssicheres System- und Dienste-Management zu erarbeiten. Da eine Vielzahl von Ansätzen und Lösungen existiert ist das Aufzeigen von Integrationspfaden zwischen einzelnen Managementtechnologien ein wichtiger Bestandteil der Arbeit.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Nico Braunisch
Betreuer: Dr.-Ing. Robert Lehmann
Prüfer: Dr.-Ing. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 05.04.2018 - 23.08.2018

Industrie 4.0 ist ein Begriff aus aktueller Forschung, Entwicklung und Normung. Er geht von Komponenten aus, die miteinander über Industrie 4.0-konforme Dienste interagieren. Die Eigenschaften einer solchen Komponente werden über eine Verwaltungsschale bereitgestellt, die verschiedene Teilmodelle und Sichten für eine Komponente kapselt, konsistent verwaltet und bereitstellt.

Das Generic Device ist ein modulares, frei konfigurierbares Software-Feldgerät. Es besteht aus drei funktionalen Teilen und einem Teil, welcher für die interne Verwaltung und Konfiguration zuständig ist. Die Konfiguration erfolgt mittels einer XML-Datei, welche dem Generic Device als Startparameter übergeben werden muss. In ihr sind alle wesentlichen Konfigurationsdaten für den Hochlauf des Feldgeräts festgehalten.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Abbildung der Eigenschaften des Generic Device auf geeignete Teilmodelle einer Verwaltungsschale durchgeführt werden. Dazu ist der aktuelle Stand der Spezifikation einer Industrie 4.0-Verwaltungsschale zu untersuchen und herauszuarbeiten, wie ein Generic Device darin repräsentiert werden kann. Damit soll eine solche Verwaltungsschale entworfen und mit dem Generic Device beispielhaft verknüpft werden.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Sebastian Freund
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.11.2016 - 23.01.2017

Die industrielle Automation setzt angesichts sehr langer Laufzeiten der Anlagen auf betriebsbewährte Technologien und übernimmt neue Entwicklungen nur relativ zögerlich. Bedingt durch die zunehmend geforderte Flexibilisierung und die fortschreitende vertikale Integration ist trotz allem notwendig, dass etablierte Technologien aus der IT-Welt in die Automatisierungswelt übernommen werden müssen. So entwickeln sich derzeit Bestrebungen, z.B. IPv6 in der Automatisierung einzuführen.

Ziel dieser Arbeit ist eine Evaluation zum Einfluss der Einführung von IPv6 in der Automation. Dabei müssen neben technischen Eigenschaften die Auswirkungen auf Engineeringprozesse und -werkzeuge, sowie auf Ethernet-basierte Feldbusprotokolle (mindestens PROIFNET IO) und Middlewarelösungen betrachtet werden. Weiterhin sollen möglichen Lösungsansätze unterbreitet und deren Einsetzbarkeit (Anforderungen, Ressourcenbedarf,…) evaluiert werden. Dabei soll jeweils mindestens eine Lösung mit Standardtechnologien betrachtet werden.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind soweit möglich zu testen, umfassend zu dokumentieren und in einem Kolloquium zu präsentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Aljoscha Daniel Fernandez Freercks
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 18.10.2016 - 17.04.2017

Bei der Verwendung eines Web-Based Enterprise Management (WBEM)-Systems stehen die Klassen des Common Information Model (CIM) bzw. deren Instanzen im Fokus. Das CIM enthält mehr als 1000 Klassen. Um eine Übersichtlichkeit herstellen zu können, wird ein Client benötigt, der eine Auswahl von Klassen in Form von Instanzen darstellen kann. Diese Auswahl soll flexibel gestaltbar sein, sodass der Client für verschiedenste Anwendungszwecke verwendbar ist. Des Weiteren sind Beziehungen zwischen den jeweils angezeigten Instanzen darzustellen.

Um eine zukünftig nutzbare Software zu erstellen, ist es notwendig auf dem CIM-Metamodell aufzubauen, welches durch Beschreibungen in Form von MOF-Dateien das Informationsmodell definiert. Die enorme Komplexität des CIM stellt den Nutzer vor eine große Herausforderung, dies soll mit geeignete Techniken und Darstellungsmöglichkeiten umgangen werden. Hierzu sind relevante Kandidaten zu analysieren.

Bei der Konzeption und Implementierung der Lösung ist auf das Verwenden geeigneter Frameworks und Techniken zu achten.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Uwe Schmidt
Betreuer: Dipl.-Inf. Alexander Dennert, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 06.02.2017 - 25.06.2017

OptimSim ist ein neues und innovatives Simulations- und Optimierungswerkzeug, das im wissenschaftlichen Kontext frei eingesetzt werden kann. OptimSim ist streng Plugin orientiert, dadurch können kontinuierlich neue Komponenten implementiert werden. Ein Anwendungsgebiet von OptimSim ist die automatische Schichtplanerstellung für die Personalplanung, für die eine App und ein Mitarbeiterdashboard implementiert wurden. In der Bachelorarbeit soll eine Testumgebung konzipiert und  entwickelt werden, die es dem Entwickler erlaubt OptimSim bei der Entwicklung effizient zu testen. 

Die Testumgebung soll nach aktuellen Erkenntnissen aus dem Bereich des Testens umgesetzt werden. Im ersten Schritt soll identifiziert werden, welche Tests für OptimSim sinnvoll sind. Anschließend sollen für die verschiedenen Testarten geeignete Frameworks und Werkzeuge evaluiert werden. Die geeigneten Werkzeuge sollen in einer für OptimSim geeigneten Testumgebung integriert werden. Zusätzlich soll die Umgebung mit geeigneten Tests gefüllt werden.

Die Testumgebung wird in Java entwickelt. Frameworks zur Umsetzung werden dem Studenten überlassen.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Wilhelm Dick
Betreuer: Dr.-Ing. Oliver Schönherr, Dr.-Ing. Frank Hilbert, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 10.04.2017 - 26.06.2017

Industrie 4.0 ist ein Begriff aus aktueller Forschung, Entwicklung und Normung. Er geht von Komponenten aus, die miteinander über Industrie 4.0-konforme Dienste interagieren. Die Eigenschaften einer solchen Komponente werden über eine Verwaltungsschale bereitgestellt, die verschiedene Teilmodelle und Sichten für eine Komponente kapselt, konsistent verwaltet und bereitstellt.

Das Generic Device ist ein modulares, frei konfigurierbares Software-Feldgerät. Es besteht aus drei funktionalen Teilen und einem Teil, welcher für die interne Verwaltung und Konfiguration zuständig ist. Die Konfiguration erfolgt mittels einer XML-Datei, welche dem Generic Device als Startparameter übergeben werden muss. In ihr sind alle wesentlichen Konfigurationsdaten für den Hochlauf des Feldgeräts festgehalten.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Abbildung der Eigenschaften des Generic Device auf geeignete Teilmodelle einer Verwaltungsschale durchgeführt werden. Dazu ist der aktuelle Stand der Spezifikation einer Industrie 4.0-Verwaltungsschale zu untersuchen und herauszuarbeiten, wie ein Generic Device darin repräsentiert werden kann. Damit soll eine solche Verwaltungsschale entworfen und mit dem Generic Device beispielhaft verknüpft werden.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren und innerhalb eines Kolloquiums zu präsentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Malte Thomas
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler, Dr.-Ing. Frank Hilbert, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.04.2017 - 30.09.2017

Zur Beschreibung von Funktionen in Automatisierungssystemen werden häufig Funktionsblöcke verwendet. Sie erlauben eine Abstraktion der Funktion und die Definition von Schnittstellen. Solche Funktionsblöcke werden beispielsweise in Geräteprofilen definiert. Die Umsetzung der Blöcke in Firmware von Automatisierungsgeräten erfolgt derzeit überwiegend manuell.

Basierend auf existierenden Vorarbeiten soll im Rahmen der Arbeit untersucht werden, wie ausgehend von Profilspezifikationen nach IEC 62390 inklusive veröffentlichter Erweiterungen Funktionsblöcke generiert werden können. Die beschriebenen Funktionsblöcke sollen in einem modellgetriebenen Ansatz in Stubs oder – sofern möglich – in voll implementierte Blöcke überführt werden. Das Generat muss auf dem Generic Device nutzbar sein. Eine Integration in die existierende Werkzeuglandschaft ist dabei wünschenswert.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Erik Rehm
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler, Dr.-Ing. Frank Hilbert, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.05.2017 - 08.10.2017

Die Ableitung von Aussagen zum Zustand und zu den Leistungscharakteristika eines vernetzten Systems und seiner Komponenten ist wesentlich für dessen Betrieb und sein Management. Bei der Nutzung eines Managementsystems zur Konfiguration und zum Monitoring von Diensten und Systemen werden die Aufgaben typischerweise nach dem FCAPS-Modell (Failure-, Configuration-, Accounting-, Performance-, Security-Management) gegliedert. Im Rahmen verschiedener Vorarbeiten hat sich für das Parametrieren ein Managementsystem als zielführend erwiesen: WBEM mit CIM (Common Information Model) als Informationsmodell. WBEM und CIM werden von der Distributed Management Task Force (DMTF) gepflegt und finden im Systemmanagement in der IT weite Verbreitung.

Ziel dieser Arbeit soll es sein, ausgewählte Aufgaben des Performance-Managements für Produktionssysteme in WBEM zu integrieren. Um eine Parametrierung für ein System zu optimieren bzw. zu unterstützen ist es notwendig, Aussagen über den Zustand dieses Systems machen zu können. Diese Aussagen sollen in bewertbarer Form als Kennzahlen aus dem betriebswirtschaftlichen Umfeld aufbereitet werden. Als hierfür notwendige Teilaufgaben werden die Analyse der Strukturen von Kennzahlen und Kennzahlensystemen für die Verwendung im Automatisierungsumfeld, die Analyse bestehender Anwendungen für Kennzahlen im Automatisierungsumfeld, die Modellierung sowie die Validierung durch eine geeignete Implementierung angesehen. Bei der Modellierung von Kennzahlen in CIM sowie der Umsetzung der Kennzahlenlösung im WBEM ist auf das Verwenden geeigneter Software, Frameworks und Techniken zu achten.

Die Ergebnisse der Arbeit sind in geeigneter Weise zu evaluieren und zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Simon Schneider
Betreuer: Dipl.-Inf. Alexander Dennert, Dr.-Ing. Frank Hilbert, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.05.2017 - 15.10.2017

OptimSim ist ein neues und innovatives Simulations- und Optimierungswerkzeug, das im wissenschaftlichen Kontext frei eingesetzt werden kann. OptimSim ist streng Plugin orientiert, dadurch können kontinuierlich neue Komponenten implementiert werden. In der Bachelorarbeit sollen eine graphisch ansprechende Benutzeroberfläche und eine innovative Ergebnisausgabe umgesetzt werden.

Die Benutzeroberfläche soll nach aktuellen Erkenntnissen aus dem Bereich der Usability umgesetzt werden. Die Ergebnisausgabe kann vom Personal über das Intranet /Internet abgerufen werden. Zudem sollen die Ergebnisse interaktiv vom Planer bearbeitet werden können (bspw. handbearbeitbare Gant-Charts).

Die Auswahl der Programmiersprache und Frameworks zur Umsetzung wird dem Studenten überlassen. OptimSim ist eine Java Implementierung.

Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Heiner Ludwig
Betreuer: Dr. Oliver Schönherr, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 08.02.2016 - 30.04.2016

Im Rahmen von zahlreichen Diplom- und Studienarbeiten am Lehrstuhl sind ein Softwarefeldgerät "Generic Device" und verschiedene Softwarewerkzeuge zu dessen Konfiguration und Verwaltung entstanden. Instanzen des Gerätes müssen vor der Inbetriebnahme aus bestehenden oder neu zu erstellenden Komponenten zusammengesetzt und konfiguriert werden. Zu diesem Zweck und zur Laufzeitsteuerung sind entsprechende Werkzeuge vorhanden.

Ziel der Arbeit soll es sein, ein unabhängiges Verwaltungssystem zu entwickeln, welches die oben genannte Infrastruktur abbildet. Dabei soll die Unterstützung des gesamten Lebenszyklus eines Geräts abgebildet werden. Spezielles Augenmerk soll auf Erweiterbarkeit (Plugin-Konzept) und web-gestützter (z.B. JSP), verteilter Administration (wie phpMyAdmin oder Webmin) liegen. Die Modularisierung möglicher administrativer Teilaufgaben und die Verwendung von Designpattern (z.B. MVC) sollen zur Steigerung der Übersichtlichkeit und Erweiterbarkeit beitragen. Von Beginn an soll darauf geachtet werden, dass der zu entwickelnde Prototyp mehrbenutzerfähig ist. Die Dokumentation der Prototypen sowie die Möglichkeit zur konfigurationsspezifischen Annotation sind integrale Bestandteile der Arbeit.

Aufgaben:

• Analyse und Relevanzbewertung der vorhandenen Werkzeuge bzw. der darin abgebildeten Aufgaben
• Evaluation potentieller, mehrbenutzerfähiger Web-Konfigurationslösungen und –techniken
• Konzept zur Umsetzung und Darstellung/Visualisierung der herausgestellten Anforderungen
• Entwurf einer modularisierten Web-Anwendung zur Administration
• Integration der bestehenden Konfigurationsansätze
• Analyse von verschiedenen Dokumentationsmöglichkeiten- und Annotationsansätzen
• Die erstellten Lösungen sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Heiko Ritter
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler, Dipl.-Inf. Alexander Dennert
Bearbeitungszeitraum: 01.12.2015 - 31.05.2016

Das Themenfeld Condition Monitoring beinhaltet die Gewinnung und Bewertung von Zustandsinformationen von Automatisierungskomponenten. Mit dem Einheitsblatt VDMA 24582 hat der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer eine Richtlinie und eine Referenzarchitektur für die Abbildung und Umsetzung von Condition Monitoring-Funktionen veröffentlicht. Sie basiert auf einem Funktionsblock-Ansatz, der auf unterschiedliche Typen von Geräten (Feldgeräte, Steuerungen, Leitsystem, Datenserver) implementiert werden kann.
Als Middleware-Standard in der Automation hat sich in den letzten Jahren OPC Unified Architecture (OPC UA) etabliert. Besonderes Kriterium ist die Flexibilität von OPC UA durch Nutzung von geschichteten, teils standardisierten Informationsmodellen.
Für die Implementierung von Condition Monitoring in den Ebenen oberhalb von SPS ist OPC UA eine interessante Technologie.

Im Rahmen der Arbeit ist ein geeignetes OPC UA Informationsmodell für die Abbildung der Funktionsblöcke aus VDMA 24582 bzw. aus dem daraus entstandenen IEC NP „Uniform Representation of Condition Monitoring Functions“ zu entwerfen, das auf die Basis-Informa-tionsmodelle von OPC UA (z.B. für Data Access, Alarms und Conditions, Historical Data Access) aufsetzt. Dieses Informationsmodell ist anhand geeigneter Beispiele umzusetzen und in die Laboranlage der Professur zu integrieren. Dabei sind Condition Monitoring-Funkti-onen in den Blöcken zu realisieren.
Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Peter Stoyanov
Betreuer: Alexander Dennert, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 04.01.2016 - 04.07.2016

In der Studienarbeit soll eine Simulationsumgebung für aktuelle Automotive-
Kommunikationsnetze erstellt werden. Diese Umgebung soll das Normalverhalten eines typischen Automotive-Netzwerkes abbilden und es ermöglichen, gezielt Angriffe in solche Netze einzuleiten.
Notwendige Teilaufgaben sind dafür:

• Analyse möglicher Automotive-typischer Protokolle bzw. des Verhaltens, welches in der Simulation abgebildet werden soll
• Evaluation von geeigneter Simulations-Software
• Definition eines Beispiel-Netzes und der normalen synchronen/ asynchronen Kommunikation der Knoten
• Konfiguration der Software und Implementierung der für die Simulation benötigten Protokolle
• Implementierung einer Schnittstelle zum Einleiten von Angriffs-Szenarien.
• Evaluierung der Simulationsumgebung sowie des erzeugten Netzwerkverkehrs.

Die Ergebnisse sind ausführlich zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Aljoscha Daniel Fernandez Freercks
Betreuer: Dr. Falk Langer (IAV GmbH), Dipl.-Inf. Alexander Dennert, Dipl.-Inf. Pascal Brückner
Bearbeitungszeitraum: 15.04.2016 - 14.10.2016

Im Rahmen von Arbeiten am Lehrstuhl ist ein PROFINET IO-Stack entstanden und wurde in ein generisches "PNIO-Software-Gerät" implementiert. Dieses Gerät kann in ein Netzwerk integriert werden und bildet ein reales Gerät nach. Während des Betriebes eines solchen Gerätes treten Situationen auf, in denen Alarme ausgelöst werden. Diese Alarme können in verschiedene Klassen eingeordnet werden (Prozessalarme, Konfigurationsänderungen, Betriebsstörung, etc.).
Im Rahmen der Arbeit ist eine Analyse durchzuführen, welche Alarme bzw. Klassen von Alarmen von einem Softwaregerät ausgelöst werden können und wie vom IO- Controller auf die generierten Alarme zu reagieren ist. Das in der Analyse abgeleitete Alarmmodell ist in die bestehenden Strukturen zu integrieren. Zum Test und zur aggregierten Alarmbehandlung ist ein Alarmclient zu implementieren.

Aufgaben:

• Analyse des vorhandenen Gerätes
• Evaluation von relevanten Alarmen
• Modellierung der angestrebten Integrationslösung
• prototypische Implementierung der verwendeten Alarme
• Erweiterung eines Clients zur Visualisierung der Alarme

Die erstellten Lösungen sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Anastasia Schaper
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler, Dipl.-Inf. Alexander Dennert
Bearbeitungszeitraum: 15.04.2016 - 14.10.2016

Die Professur für Baumaschinen verfügt über einen interaktiven Fahrsimulator mit einem Hexapod als Bewegungssystem. In der Vergangenheit erfolgte die Ansteuerung des Bewegungssystems über eine C++ Bibliothek, die die Sollgrößen für Lage, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Simulatorkuppel über Ethernet an den Steuerrechner des Simulators sendete. Die Sollgrößen werden mit einem Simulationsmodell berechnet.

Infolge der Entwicklung kommerzieller 3D-Game-Engines wird die Simulationssoftware mittlerweile in Unity3D realisiert. Die Ansteuerung des Bewegungssystems ist momentan noch nicht möglich. Im Rahmen der Arbeit soll eine Netzwerkschnittstelle für Unity3D in C# entwickelt werden, die zunächst das Kommunikationsprotokoll des Simulators implementiert und die Funktionen der vorhandenen C++ Bibliothek abdeckt. Darüber hinaus sollen auch Sollgrößen und Systemzustände über Ethernet empfangen werden können, da das Simulationsmodell nicht zwingend lokal gerechnet wird.

Als Testumgebung wird ein Elbflorace Rennwagen im Fahrsimulator installiert. Die Simulation des Fahrzeugverhaltens läuft auf einem eigenen PC. Dieser schickt die Zustände des Modells per Ethernet an den Unity3D-PC, der wiederum die Sollgrößen für das Bewegungssystem an den Steuerrechner des Simulators sendet. Die zu entwickelnde Netzwerkschnittstelle muss generisch, d.h. für andere Konstellationen wiederverwendbar sein.

Die Arbeitsschritte lauten im Einzelnen:

• Aufarbeitung vorhandener Dokumentation und Quelltexte
• Erstellung Anforderungsliste
• Implementierung der Netzwerkkommunikation zum Steuerrechner des Bewegungssystems des Fahrsimulators (Sollgrößen auf Lage- und Geschwindigkeitsebene, Umschalten zwischen Betriebszuständen)
• Entwicklung einer einfachen grafischen Oberfläche für die Steuerung des Bewegungssystems durch den Anwender (Umschalten zwischen aktiv und Ruheposition, Darstellung von Momentanwerten und Fehlercodes)
• Entwicklung einer einfachen Testanwendung:  Senden von Daten aus einer CSV-Datei an das Bewegungssystem
• Implementierung und Test der Netzwerkkommunikation mit dem Simulations-PC im Elbflorace Fahrzeug (UDP-Protokoll)
• schriftliche Dokumentation

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Brandon Schmitt
Betreuer: Sebastian Voigt (Professur für Baumaschinen), Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 15.08.2016 - 06.11.2016

Am Lehrstuhl Kraftfahrzeugtechnik der TU Dresden wird ein neuartiger Fahrsimulator entwickelt. Mit diesem soll es möglich sein selbst hochdynamische Fahrsituation abzubilden, ohne das Beschleunigungsempfinden zu verfälschen. Dies ist insbesondere im Bereich der Entwicklung von Fahrassistenzsystemen notwendig, da für deren Entwicklung und Absicherung die Interaktion des Fahrzeugführers mit dem Fahrzeug hochgenau darstellbar sein muss.
Zur Realisierung von hochdynamischen Fahrsituationen muss der Aufbau des Fahrsimulators möglichst leicht sein. Dabei darf die Fahrerumgebung (Cockpit) in ihrer Modularität nicht eingeschränkt werden. Cockpitkonzepte welche diesen Anforderungen genügen sind so auf dem Markt aktuell nicht erhältlich und bedürfen einer Neuentwicklung.

Folgende Schwerpunkte sind zu bearbeiten:
•    Literaturrecherche zu E/E Systemen von Cockpitkonzepten
•    Erstellung einer Anforderungsliste an das E/E Systemkonzept
•    Erstellung Konzeptvarianten möglicher E/E Systeme
•    Bewertung der Varianten
•    Dokumentation der Ergebnisse

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Rick Weiß
Betreuer: Thomas Tüschen, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 11.04.2014 - 30.04.2015

Der VDMA hat mit dem Einheitsblatt 24582 - Feldbusneutrale Referenzarchitektur für Condition Monitoring in der Fabrikautomation – grundsätzliche Daten und Strukturen für die Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen definiert. Ziel dieses Praktikums soll es sein, sich in diese Problematik einzuarbeiten und sie in das Generic Device zu integrieren. Da die Normungsaktivitäten seitens der PI (PROFIBUS International) noch nicht abgeschlossen sind, ist eine vollständige und normkonforme Umsetzung in dem für die Nutzung im PROFINET IO-Umfeld zurzeit noch nicht möglich. Hierfür soll jedoch evaluiert werden, wie Alarme im Generic Device sinnvoll umgesetzt werden können, da die Kommunikation hinsichtlich Condition Monitoring für PROFINET IO höchstwahrscheinlich über Alarme ablaufen wird.

Letzterer Teil soll als Projektarbeit und Vortrag im Rahmen dieses Praktikums erfolgen.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Alexander Lehmann
Betreuer: Dipl.-Inf. Stefan Mätzler, Dipl.-Inf. Alexander Dennert
Bearbeitungszeitraum: 02.04.2015 - 01.10.2015

In der Bahnsicherungstechnik werden zunehmend Technologien, Konzepte und Lösungen aus der Industrieautomation einfließen. Eine dieser Technologien ist OPC UA.
Im Rahmen der Arbeit ist ein OPC UA Modell für Rechnerplattformern (OPC UA Server) der Streckensicherungstechnik zu erstellen und ein modellbasierter Automatismus zu definieren, der insbesondere Topologie, Alterungseffekte und Störungen automatisch erkennt und im Fall von sichtbaren Symptomen die Ursachen und deren Ort lokalisiert.
Das OPC UA Modell soll dazu Eigenschaften von Kommunikationsbeziehungen erfassen (z.B. Ethernet-CRC Fehler, ICMP-Meldungen, MAC-Adressen, IP-Adressen).
Weiterhin sind Informationen aus Netzwerkgeräten (z.B. Switch, Router) über deren Schnittstellen zu ermitteln (z.B. SNMP) und zusammen mit den Informationen aus den Rechnerplattformen auf einem Sammelrechner (OPC UA Client) auszuwerten.
Auf Basis einer Anforderungs- und Zustandsanalyse soll hierzu eine konkrete Systemarchitektur erstellt werden. Mit Hilfe dieser Architektur sollen Algorithmen eine Informationsbewertung durchführen und die wahrscheinlichste Ursache für Alterungseffekte oder Störungen in der Topologie ermitteln und lokalisieren.
Die erarbeiteten Ergebnisse sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Anton Frank
Betreuer: Oliver Schulz, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 22.04.2015 - 30.09.2015

Die Leistungsübertragung und –steuerung in mobilen Arbeitsmaschinen übernehmen über­wiegend hydraulische Antriebslösungen. Eine wesentliche Steigerung der Energieeffizienz kann durch eine geschickte steuerungstechnische Verknüpfung der Teilsysteme erreicht werden. Für die Abschätzung des Potenzials werden für einen Radlader innovative und energieeffiziente Antriebskonzepte in einer Demonstratormaschine zusammengeführt und erprobt.
Ziel der Arbeit ist die softwaretechnische Realisierung eines „Fahrantriebsmanagements“ und dessen Integration in eine Gesamtmaschinensteuerung des Radladers. Die Software­struktur ist auf Basis eines bestehenden Steuerungskonzepts mithilfe der Systembeschrei­bungssprache SysML zu entwerfen und in ein vorhandenes Systemmodell zu integrieren. Für die Umsetzung wird die Entwicklungsplattform CodeSys mit einer UML-Erweiterung verwendet. Auf diesem Wege soll eine schnelle Portierung der in SysML entworfenen Funktionen auf das Steuergerät erreicht werden. SysML ist eine Erweiterung der in der Softwaretechnik bereits bewährten Beschreibungssprache UML.
Es ist im Vorhinein herauszuarbeiten, welche Einschränkungen bei der Übertragung entstehen. Hierzu sind die Unterschiede der beiden Modellierungssprachen in einem Vergleich darzustellen. Soweit möglich sollen Hinweise erarbeitet werden, welche die praxisgerechte Transformation unterstützen. Die gewonnenen Erkenntnisse sind bereits im Softwareentwurf zu berück­sichtigen. Die eigentliche Implementierung soll auf diesem Wege weitestgehend vereinfacht werden. Den Abschluss der Arbeit bildet der Test der umgesetzten Funktionen am Hardware-in-the-Loop Prüfstand.
Die durchzuführenden Arbeiten sind im Einzelnen:

• Gegenüberstellung UML und SysML in der Beschreibung und Implementierung steuerungstechnischer Aspekte
• Erarbeitung von Hinweisen zur Implementierung eines SysML-Entwurfs in eine UML-basierte Programmierung
• Softwareentwurf des „Fahrantriebsmanagements“ unter Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse
• Übertragung des Entwurfs auf die Maschinensteuerung
• Test am Hardware-in-the-Loop Prüfstand

Die Arbeiten werden am Institut für Fluidtechnik (IFD) der TU Dresden durchgeführt. Die Lösungen sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Stefan Weser
Betreuer: Dipl.-Ing. Oliver Koch (IFD)
Bearbeitungszeitraum: 18.11.2013 - 18.05.2014

In der Diplomarbeit, soll ein diskreter Simulator erstellt werden. Die Basis für die Arbeit ist ein in einer Dissertation erstelltes offenes Modellierungskonzept für diskrete Simulatoren. Der Simulator soll als Open Source Projekt veröffentlicht werden. Die Modelle können mit den Open-Source Modellierungswerkzeug TOPCASED Engineer entworfen werden aber auch als (xls) Excel eingelesen werden.

Anforderungen an die Arbeit sind:

• Der Simulator soll auf ein aus neun Teilmodellen bestehenden offenen Modellierungskonzept aufbauen (vgl. Schönherr, O. (2014). Modellierung, Simulation und Transformation von diskreten Prozessen in der Produktion und Logistik auf der Basis von SysML. Noch unveröffentlichte Dissertation. München: UniBW München.)
• Der Simulator, soll auf seine Geschwindigkeit hin überprüft werden und möglichst performant sein.
• Der Simulator soll Modelle mit den Modellierungswerkzeug TOPCASED Engineer einlesen können.
• Abschließend soll der Simulator in der Lage sein, ein zu Testzwecken beigefügtes Halbleitermodell zu simulieren.

Die Lösungen sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Elias Winter
Betreuer: Dr.-Ing. Oliver Schönherr, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 02.01.2014 - 30.06.2014

Vor dem Hintergrund einer wachsenden Anzahl kundenindividueller Produkte, die unter Einhaltung festgelegter Lieferzeiten und konkreter Liefertermine herzustellen sind, ergeben sich Fragestellungen, die mit den existierenden Werkzeugen zur diskreten, ereignisorientierten Simulation (DES) nicht zu beantworten sind. Fragen wie: „Wann muss mit einem konkreten Kundenauftrag spätestens begonnen werden, um die zugesagte Lieferzeit sicher einzuhalten?“ oder „Können alle zugesagten Aufträge eines gegebenen Zeithorizontes zu den gegebenen Lieferterminen erfüllt werden?“ werden heute in PPS-Systemen durch primitive, rückwärtsterminierende Planungsverfahren unter Nutzung vereinfachter Modelle und ohne Aufzeigen von Alternativen entschieden. Sie könnten aber auch mit detaillierten Simulationen qualifiziert und robust beantwortet werden, wenn eine zeitlich rückwärts gerichtete Betrachtungsweise in DES-Simulatoren anhand geeignet erstellter Modellalternativen möglich wäre.
Ziel der Arbeit ist die Implementierung und Evaluation eines Rückwärtssimulationsmodells in dem Simulator AutoSched AP, um anhand eines konkreten Anwendungsbeispiels aus der Halbleiterfertigung die Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens zu evaluieren. Konkret ergeben sich für die Arbeit folgende Teilaufgaben:

• Erweiterung des bestehenden Vorwärtsmodells „300mm-Fab“ hinsichtlich einer automatischen Modellgenerierung
• Implementierung eines Rückwärtssimulationsmodells in dem Simulator AutoSched AP,
• Anwendung der Rückwärtssimulation zur Einplanung von Produktlosen im Produktmix,
• Aufbau & Evaluation konkreter Simulationsszenarien sowie
• Zusammenfassung und Dokumentation der Ergebnisse.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Florian Winkler
Betreuer: Prof. Dr. Christoph Laroque
Bearbeitungszeitraum: 15.03.2014 - 15.09.2014

Die immer komplexer werdenden Steuergerätelandschaften in modernen Fahrzeugen erheben einen immer größeren Anspruch an den Test der Steuergeräte. In diesem Umfeld ist der Test der Fahrzeugdiagnose einer der differenziertesten und erfordert einen strukturierten Umgang mit den Diagnosedaten. Ein Abbild der in den Steuergeräten verwendeten Diagnosedaten stellt der dem jeweiligen Steuergerät zugehörige ODX-Container bereit und beschreibt den vollständigen Umfang aller verwendeten Diagnosedaten und -funktionen. Die verfügbaren Informationen sollen in Testsystemen zum Steuergerätetest als Datengrundlage und Sollvorgabe des Verhaltens genutzt werden.
Hierzu ist eine Analyse des ODX-Standards (ISO 22901-1) zur Datenbeschreibung sowie der ISO 14229 (UDS) für den Zugriff notwendig. Ziel der Arbeit ist es, ein Verfahren zu erarbeiten welches die Diagnoseinformationen in eine zugreifbare Testspezifikation überführt und dem Testsystem den Diagnose-Zugriff ermöglicht. Die Effektivität der ausgearbeiteten Methoden und Techniken ist durch geeignete Implementierungen nachzuweisen und durch Testdaten zu validieren. Alle Ergebnisse sind ausführlich zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Sindy Tiedke
Betreuer: M.Sc. Carsten Jung (TechniSat digital GmbH), Dipl.-Inf. Alexander Dennert
Bearbeitungszeitraum: 01.06.2014 - 19.12.2014

Ein Bürokomplex soll mit einer raumlufttechnischen Anlage klimatisiert werden. Für diese Anlage ist ein Building Energy Management System (BEMS) zu betreiben, das die Komfort-Parameter Lufttemperatur und Luftfeuchte bei minimalem Energieeinsatz sichert. Die Räumlichkeiten und die klimatechnische Ausstattung des Bürokomplexes sind gegeben. Ziel der Arbeit ist die Ableitung einer Vorschrift zur Berechnung des Energiebedarfs der Klimageräte im laufenden Betrieb.

Schwerpunkte sind:

• Ausarbeitung des Information Delivery Manual (IDM) für die Konfiguration des BEMS
• Ausarbeitung der Model View Definition (MVD) zur Erfassung und Extraktion der Energieverbrauchswerte der TGA-Geräte (IFC- Schemaspezifikation ISO 16739, Version IFC2x4)
• Evaluierung der Methoden zur IFC-Erweiterung:
  IFC-intern: Property Sets, Proxies, Entities
  IFC-extern: Verknüpfung externer Informationsressourcen mit IFC-Elementen
  und Auswahl mit Bezug auf die eingangs definierte MVD
• Vorschlag zur Erweiterung des IFC-Schemas zur Abbildung der benutzten TGA-Geräte
• Erstellen der Anlagendefinition anhand des erweiterten IFC-Schemas
• Prüfen und Bewerten einer Instanziierung der IFC-Anlagendefinition, die mit DDS-CAD MEP Software ausgeführt wird
• Ableitung der Berechnungsvorschrift zum Energiebedarf der Anlage und deren Ausführung in der BEMS-Software.

Leistungen:

• Anforderungsanalyse IDM
• MVD erstellen
• IFC-Schemaerweiterung
• Anlagendefinition mit dem erweiterten IFC-Schema
• Prototypische Anlageninstanziierung
• Energieberechnung
• Schriftlicher Bericht mit Literaturverzeichnis
• Seminarvortrag nach Abgabe

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Pit Stenzel
Betreuer: Dr.-Ing. Ulrich Donath, Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen, Institutsteil Entwurfsautomatisierung Dresden
Dipl.-Ing. (Arch.) Romy Guruz, TU Dresden, Institut für Bauinformatik Bearbeitungszeitraum: 16.07.2012 - 18.01.2013

Die Field Device Integration Initiative hat ein Modell zur Parametrierung von intelligenten Feldgeräten mit PROFIBUS-, PROFINET-, Foundation Fieldbus- oder HART-Anschaltung definiert. Dieses Modell wurde für den Unified Automation OPC UA-Server umgesetzt. Zur Untersuchung an einem verteilten Informationsmodell sollen Beispielinstanzen dieser Modellumsetzung beschrieben und auf mehrere Serverinstanzen verteilt werden. Für die Kooperation der Serverinstanzen notwendige Erweiterungen an Klassen des Modells und an den Servern sind zu modellieren und implementieren. Eine bestehende UA-Client-Komponente soll weiterverwendet werden.
Zur Validierung soll der wiederkehrende Zugriff auf Nodes in einem Server, der Aggregationsfunktionen ausführt, welche zur Ausführung auf Nodes in anderen Server-Instanzen zugreifen muss, mit einem OPC UA-Client getestet werden.
Die Lösungen sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Albrecht Neumann
Betreuer: Dipl.-Ing. Stefan Theurich
Bearbeitungszeitraum: 21.06.2013 - 20.12.2013

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Matthias Gunia
Betreuer: Dr. Christoph Laroque, Dipl.-Ing. Matthias Müller (Systema Dresden), Dipl.-Inf. Jan Tonndorf (Systema Dresden), Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 15.10.2012 - 15.04.2013

Durch die Einbindung von elektronischen Steuergeräten in mobilen Arbeitsmaschinen kann die Leistungsfähigkeit gesteigert und der Energieverbrauch gesenkt werden. Ein übergeordnetes Steuergerät übernimmt dabei die Koordination der Teilsysteme (Motor, Getriebe, Hybrid, Arbeitsausrüstung). Hierzu sind die einzelnen Controller über einen Systembus miteinander vernetzt und tauschen systemweit Informationen aus.
Für einen Radlader mit einer dezentralen Steuerungsstruktur soll die Datenkommunikation über einen CAN-Bus zwischen der übergeordneten Maschinensteuerung und den Controllern der Subsysteme realisiert werden. Der Kommunikationsablauf muss definiert und auf der Seite der Maschinensteuerung realisiert werden. Die Controller der Subsysteme sollen am Hardware-in-the-Loop-Prüfstand so emuliert werden, dass der Kommunikationsentwurf vollständig getestet werden kann. Die anschließende Erweiterung des HiL-Prüfstandes um Schnittstellen zur Einbindung von Simulationsmodellen des physikalischen Verhaltens der Maschine ermöglicht die Durchführung realitätsnaher Testszenarien für das Steuergerät. Das Ergebnis der Arbeit soll ein auf Kommunikationsebene getestetes Softwaregerüst sein, welches die Basis der weiteren Funktionsentwicklung des Radladers bildet.
Folgende Themenkomplexe sind zu bearbeiten:

• Einarbeitung in die Funktionsweise des Radladers
• Entwurf der Kommunikation und Definition notwendiger CAN-Botschaften mit Hilfe der Systemmodellierungssprache SysML
• Realisierung der Kommunikation auf der Maschinensteuerung
• Emulation der CAN-Teilnehmer der Subsysteme, Einbindung von Simulationsmodellen für den Softwaretest am HiL-Prüfstand
• Test am Prüfstand

Die Arbeiten werden am Institut für Fluidtechnik (IFD) der TU Dresden durchgeführt. Die Lösungen sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Stefan Weser
Betreuer: Dipl.-Ing. Sören Richter (IFD)
Bearbeitungszeitraum: 01.11.2012 - 30.04.2013

PROFINET IO ist einer der führenden Industrial Ethernet Standards. Um die Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller zu sichern, ist es notwendig, dass Geräte je nach Ausbaustufe bestimmte Teile der PROFINET IO Spezifikation umsetzen. Jedes Gerät, welches im Produktivbetrieb eingesetzt werden soll, muss daher einen Zertifizierungsprozess in entsprechenden Testlaboren durchlaufen. Bislang wird in diesen Tests jedoch fast ausschließlich im Hinblick auf die Abdeckung der Spezifikation geprüft.
Durch den generell wachsenden Einfluss von Technologien aus der Enterprise-IT in Bereiche, die ursprünglich automatisierungsspezifischen Technologien vorbehalten waren, wandelt sich auch die Wahrnehmung von Herstellern und Anwendern bezüglich des Begriffs der Zuverlässigkeit. Es ändern sich somit die Anforderungen in Bezug auf die Resistenz von Geräten und Implementierungen gegenüber nicht spezifiziertem Verhalten.
Ziel der Arbeit ist, auf Basis eines vorhandenen PROFINET IO Stacks eine Lösung zu entwickeln, die es ermöglicht, andere Geräte und Implementierungen an den Grenzen der Spezifikation und darüber hinaus zu untersuchen. Damit soll beispielsweise entdeckt werden, ob Geräte beim Empfang von "sinnvoll fehlerhaften" Daten in einem definierten und funktionsfähigen Zustand verbleiben oder ob bzw. inwieweit ein Prozess auf diesem Wege gestört würde. Dies geht über die gegenwärtig üblichen Zertifizierungstests hinaus.
Damit Zuverlässigkeitstests durchgeführt werden können, müssen etwaige Testfälle im Vorfeld flexibel beschreibbar sein, jedoch auch genug Freiraum für Zufälligkeit lassen. Weiterhin müssen Möglichkeiten geschaffen werden, Testabläufe ausgiebig zu protokollieren, um sie nachvollziehbar und wiederholbar zu machen.
Aufgabe:

• Evaluation des bestehenden Stacks bzgl. des Anpassungsbedarfs
• Analyse bestehender Ansätze
• Entwicklung einer Beschreibungssprache zum Formulieren von Testfällen
• Entwicklung einer Anwendung zum Konfigurieren von Testfällen
• Validierung der Ergebnisse anhand automatisierungsspezifischer Anwendungsfälle

Die erstellten Lösungen sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Philipp Böhme
Betreuer: Dipl.-Inf. Robert Lehmann, Dipl.-Inf. Stefan Mätzler
Bearbeitungszeitraum: 20.05.2013 - 19.11.2013

Vor dem Hintergrund einer wachsenden Anzahl kundenindividueller Produkte, die unter Einhaltung festgelegter Lieferzeiten und konkreter Liefertermine herzustellen sind, ergeben sich Fragestellungen, die mit den existierenden Werkzeugen zur diskreten, ereignisorientierten Simulation (DES) nicht zu beantworten sind. Fragen wie: "Wann muss mit einem konkreten Kundenauftrag spätestens begonnen werden, um die zugesagte Lieferzeit sicher einzuhalten?" oder "Können alle zugesagten Aufträge eines gegebenen Zeithorizontes zu den gegebenen Lieferterminen erfüllt werden?" werden heute in PPS-Systemen durch primitive, rückwärtsterminierende Planungsverfahren unter Nutzung vereinfachter Modelle und ohne Aufzeigen von Alternativen entschieden. Sie könnten aber auch mit detaillierten Simulationen qualifiziert und robust beantwortet werden, wenn eine zeitlich rückwärts gerichtete Betrachtungsweise in DES-Simulatoren anhand geeignet erstellter Modellalternativen möglich wäre.
Ziel der Arbeit ist die Implementierung und Evaluation eines Rückwärtssimulationsverfahrens in dem Simulator AutoSched AP, um anhand eines konkreten Anwendungsbeispiels aus der Halbleiterfertigung die Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens zu evaluieren. Konkret ergeben sich für die Arbeit folgende Teilaufgaben:
1. Modellierung des realen Systems "Wafer Test" im Simulationswerkzeug,
2. Implementierung einer Methode zur Rückwärtssimulation des Simulationsmodells in dem Simulator AutoSched AP,
3. Anwendung der Rückwärtssimulation zur (rollierenden) Terminplanung von Auftragspaketen,
4. Aufbau & Evaluation konkreter Simulationsszenarien sowie
5. Zusammenfassung und Dokumentation der Ergebnisse.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Marvin George
Betreuer: Dr. Christoph Laroque
Bearbeitungszeitraum: 01.06.2013 - 30.11.2013

Zielstellung:
Die Field Device Integration Initiative hat ein Modell zur Parametrierung von intelligenten Feldgeräten mit PROFIBUS-, PROFINET-, Foundation Fieldbus- oder HART-Anschaltung definiert. Zur Untersuchung der maschinellen Weiternutzung soll das Modell auf einem OPC UA-Server umgesetzt werden. Dafür soll das Adressraummodell in Quelltext umgesetzt und mit begrenztem Umfang implementiert werden. Die Trennung von generiertem und hinzugefügtem Code sowie von system-, modell- und instanzspezifischen Aspekten soll so weit wie möglich beachtet werden. Zur Validierung soll der wiederkehrende Zugriff auf bestimmte Nodes mit einem OPC UA-Client getestet werden. Die Lösungen sind umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Albrecht Neumann
Betreuer: Dipl.-Ing. Stefan Theurich
Bearbeitungszeitraum: 13.08.2012 - 12.02.2013

Die DMTF (Distributed Management Task Force) definiert mit WBEM (Web-Based Enterprise Management) einen Industriestandard zum umfassenden Management von Unternehmensinfrastruktur. Zur Modellierung und zum Austausch der Managementinformationen dient das ebenfalls von der DMTF entwickelte Common Information Model (CIM), welches es ermöglicht, Informationen allgemein und unabhängig von konkreten Anwendungen, Protokollen, Plattformen und Implementierungen zu beschreiben.
Die Beschreibung des Informationsmodells erfolgt im Allgemeinen in strukturierter textueller Form (Managed Object Format - mof). Eine grafische Repräsentation erfolgt in Analogie zur UML Darstellung.

Ziel der Arbeit ist, die von einem vorhandenen WBEM-System angebotenen Management- Aspekte mit geeigneten Methoden zu visualisieren. Dazu ist das gegebene Informationsmodell in textueller Beschreibung grafisch darzustellen (mof-zu-UML Konvertierung) sowie durch Anfragen an das WBEM-System mit Instanzdaten anzureichern. Weiterhin ist die grafische Modellierung sogenannter Views zu realisieren, die vorhandene Informationen aus verschiedenen Stellen des Informationsmodells zusammenführen. Die Views sollen für die weitere Verarbeitung als mof-Konstrukt speicherbar sein.
Das entstandenen Lösungen sind ausführlich zu testen und zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Stefan Wülfrath
Betreuer: Dipl.-Inf. Robert Lehmann, Dipl.-Inf. Roman Frenzel
Bearbeitungszeitraum: 17.10.2011 - 17.04.2012

Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Entwicklung der Software für ein Gerät, welches die Betriebsdaten von Vakuumkomponenten überwacht und über eine Ethernet-Schnittstelle bereit stellt. Das Gerät basiert auf einem AVR Prozessor und verfügt über eine Ethernet- und eine UART-Schnittstelle. Die Vakuumkomponenten besitzen eine Kommunikationsschnittstelle, über die die Betriebsdaten zyklisch ausgelesen werden sollen. Das Gerät soll eine Vorverarbeitung durchführen und die Daten über ein Ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll zur Verfügung stellen. Hierfür ist die Eignung von in der Halbleiterfertigung üblichen Kommunikationsprotokollen bzw. -standards zu evaluieren. Ein geeignetes Standardprotokoll ist einem proprietären vorzuziehen. Die erstellte Lösung ist umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Bachelorarbeit
Bearbeitet durch: Jonathan Heinz
Betreuer: Dipl.-Inf (BA) Lars Großmann, M.Sc., Dipl.-Ing. Stefan Theurich
Bearbeitungszeitraum: 16.04.2012 - 15.07.2012

In der Prozess- und Fertigungsautomatisierung und auch bei der Energieverteilung müssen Produktionsprozesse, Schaltvorgänge und Bewegungen präzise gesteuert und Zustände anlagenweit erfasst werden. Zu diesem Zweck werden die Geräte einer Anlage synchronisiert. Dabei gibt es zwei Domains, globaler Kontext -Uhrzeitsynchronisation- und lokaler Kontext -Takt- oder Maschinentaktsynchronisation-, die dabei berücksichtigt werden müssen. Für diese beiden Domains werden heute unterschiedliche Verfahren, IEEE802.1AS für Uhrzeit und IEC61158 Type 10 PTCP für Takt, verwendet. Ziel ist es mit einem Verfahren beide Domains abzudecken.
Für die Takt- oder Maschinentaktsynchronisation ist eine Genauigkeit von +/- 1 µs bei 64 Knoten und für die Uhrzeitsynchronisation von +/- 100 µs (bei einer applikativen Genauigkeit von +/-1 ms) in der IEC61784-2 gefordert. Weiterhin soll der übergang zwischen IEEE802.1AS GEN2 auf Takt mit "PTCP" und Uhrzeit mit ".1AS" untersucht werden. Dabei ist zu analysieren, ob das als Idee existierende Verfahren prinzipiell funktionsfähig, und auf Basis eines zwei Port Ethernet-Switches (ERTEC200+) für den oben genannten übergang umsetzbar ist.
Folgende Themenkomplexe sollen bzgl. Genauigkeit und Anwendbarkeit im industriellen Umfeld untersucht werden:

• Boundary Clock: Ein Port des Switches arbeitet als Sync-Slave, der andere Port als Sync-/Takt-Master. Die Kopplung der beiden lokalen Uhren erfolgt applikativ.
• Sync Forwarder (inkl. Protokoll Umsetzung): Ein Port ist Sync-Slave, der andere wird für das Sync-Forwarding verwendet. Da unterschiedliche Protokolle verwendet werden, muss eine Protokollumsetzung vorgenommen werden.

Die erstellte Lösung ist umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Mathias Hinkel
Betreuer: Dipl.-Ing. Günter Steindl (Siemens AG), Prof. Dipl.-Ing. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 09.04.2012 - 30.09.2012

Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung einer Softwarekomponente zur Anbindung eines USB-Digital-IO Gerätes an das am Lehrstuhl entwickelte generische Softwaregerät, um eine virtuelle Remote-IO mit Prozessanschluss zu erstellen. Dazu soll eine digitale IO-Hardware-Komponente integiert werden. Das benötigte Informationsmodell des Gerätes soll aus einer Profilbeschreibung heraus entwickelt werden. Hierbei sollen die Arbeitsschritte von "Gerätehersteller" und "Geräteanwender" separat ausgeführt werden. Die hierfür benötigte Werkzeugkette und ein und Versionierungskonzept sind zu entwickeln sowie notwendige entsprechende Zwischenformate zu definieren. Teile einer Vorentwicklung sollen verwertet und portiert werden. Die Werkzeugkette soll, wenn möglich, sowohl auf Windows als auch Linux lauffähig sein. Sie soll über eine grafische Benutzungsoberfläche intuitiv zu bedienen sein.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Markus Simros
Betreuer: Dipl.-Ing. Stefan Theurich, Dipl.-Inf. Alexander Dennert
Bearbeitungszeitraum: 01.06.2012 - 30.11.2012

Der Mindstorm NXT von LEGO® ist eine Steuerung für 4 Sensoren und 3 Servomotoren, mit der LEGO®-Technic-Modelle gesteuert werden können. Die Herstellersoftware stellt eine graphische Programmierumgebung bereit, die auf LabView® basiert. Es gibt viele freie Softwareprojekte, die eine alternative, quellenoffene Programmierumgebung für verschiedene Sprachen wie C (NXC, RobotC, ...), Java (Lejos NXT), ... bereitstellen.
Die in von der PLCopen Organisation in der IEC Norm 61131 standardisierten Fachsprachen sind das übliche Mittel zur Programmierung von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS). Die in den fünf Darstellungsarten (Instruction List, Structured Text, Function Block Diagramm, Ladder Diagram, Sequencial Function Chart) programmierten Programmbausteine werden z.T. modular aus Funktionen und Funktionsblöcken zusammengestellt. Diese sind wiederverwendbar und viele Standardalgoritmen und -funktionalitäten sind in Bibliotheken verfügbar. 61131-Programmierumgebungen wie CoDeSys und Enineeringtools wie Step7 bedienen sich der SPS-Fachsprachen. Für SPS-Programme ist das Austauschformat PLCopenXML standardisiert.

Aufgabe:

• Analyse der Möglichkeiten, generierten Quelltext auf dem "Intelligenten Stein" auszuführen
• Erstellen von Beispielprogrammen mit einem Programmierwerkzeug, mit dem das Format PLCopenXML geschrieben werden kann und eigene Bibliotheken erstellt werden können.
• Entwurf und Implementierung eines Compilers, der PLCopenXML in das gewählte ausführbare Format übersetzt.
• Test sowie Validierung der Ergebnisse mit einem LEGO®-Testaufbau

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Markus Simros
Betreuer: Dipl.-Ing. Stefan Theurich
Bearbeitungszeitraum: 14.07.2010 - 14.01.2011

Das am Lehrstuhl vorhandene generische PROFINET IO Softwaregerät soll im Hinblick auf Flexibilität und aufwandsarme Generierung von Testgeräten, um eine offline Konfigurations­methode erweitert werden. Das Konfigurationskonzept ist so zu entwerfen, dass eventuelle Erweiterungen im Umfang und in der Optionenvielfalt ohne weiteres mit einbezogen werden können. Im Hinblick darauf soll ein Werkzeug konzipiert und prototypsich umgesetzt werden, dass die Möglichkeit bietet, auch Kohorten von Geräten zu generieren und für das Deployment vorzubereiten, aber auch Modularisierung erlaubt. Neben der Konfiguration des generischen PNIO Devices soll das zu erarbeitende Werkzeug auch die Möglichkeit offen halten, Testfälle (automatisch) zu generieren und zu protokollieren.
Es sind Konzepte zum automatisierten Deployment der vorkonfigurierten Softwaregeräte zu evaluieren und umzusetzen.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Stefan Mätzler
Betreuer: Dipl.-Inf. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 01.12.2010 - 31.05.2011

Die DMTF (Distributed Management Task Force) definiert mit WBEM (Web-Based Enterprise Management) einen Industriestandard zum umfassenden Management von Unternehmensinfrastruktur. Zur Modellierung und zum Austausch der Managementinformationen dient das ebenfalls von der DMTF entwickelte Common Information Model (CIM), welches es ermöglicht Informationen allgemein und unabhängig von konkreten Anwendungen, Protokollen, Plattformen und Implementierungen zu beschreiben.

Bis dato haben WBEM und CIM im Bereich der industriellen Automation keine nennenswerte Bedeutung. In einem ersten Teil der Arbeit ist die Anwendbarkeit von WBEM und CIM zu evaluieren. Insbesondere sind dabei Möglichkeiten für die vertikale Integration und die Integration über den Lifecycle zu betrachten.
Dazu ist auf Basis einer speziellen Anlage (PROFINET IO-Installation im Labor) das Informationsmodell zu erweitern. Hierfür sind die notwendigen Schemaerweiterungen zu entwerfen und zu modellieren.
Das so geschaffene Informationsmodell ist in eine geeignetes WBEM-System zu integrieren. Weiterhin sind für ausgewählte Informationen (automatische / halbautomatische) Provider zu schaffen um damit das Informationsmodell zu instantiieren. Der Fokus sollte dabei auf PROFINET IO-spezifischen Informationen liegen.
Das entstandenen Industrial-WBEM-System ist ausführlich zu testen und zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Dirk Fleischer
Betreuer: Dipl.-Inf. Robert Lehmann, Dipl.-Inf. Roman Frenzel
Bearbeitungszeitraum: 31.01.2011 - 31.07.2011

Ziel der Studienarbeit ist die Erstellung einer Softwarekomponente zur Erzeugung von XML-Beschreibungen als Konfigurationsansatz für das am Lehrstuhl entwickelte generische Softwaregerät auf Basis von PROFINET-Profilinformationen. Diese Aufgabe besteht im wesentlichen darin, eine XML-Datei mit Profilinformationen einzulesen und interaktiv zu verarbeiten. Als Ergebnisse dieses Schrittes sollen eine XML-Datei für das Softwaregerät generiert, sowie eine Gerätebeschreibung in Form einer GSDML-Datei erstellt werden. Hierfür ist es erforderlich, dass ein geeignetes Modedell entwickelt wird, welches sich für eventuell spätere Erweiterungen eignet und eine Überführung in die Konfiguration und die GSDML erleichtert.
Die existierende Konfigurationsanwendung soll diesbezüglich erweitert werden und die Möglichkeit bieten, Applikationen diesen Profilen zuzuordnen. Eine Unterstützung dieser Aktivitäten durch eine intuitiv zu bedienende grafische Oberfläche ist einzuarbeiten.
Die erstellte Lösung ist umfassend zu testen und zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Mathias Hinkel
Betreuer: Dipl.-Inf. Alexander Dennert
Bearbeitungszeitraum: 14.03.2011 - 14.09.2011

Moderne Unternehmensplanungssoftware (ERP; Enterprise Resource Planning) benötigt eine Vielzahl von Eingabedaten. Die Notwendigkeit für zeitnahe, lagerungs- und kostenarme sowie den Kundenwünschen dynamisch angepasste Produktion bedingt einen stetigen Austausch zwischen allen Ebenen der Produktionssteuerung. Von besonderem Interesse sind in diesem Zusammenhang komplexe Ereignisse, Umstände in der Umwelt des Unternehmens, die Einfluss auf die produktiven und logistischen Abläufe haben. Um komplexe Ereignisse verarbeiten zu können müssen die Produktionssysteme in ihrer Funktionalität erweitert werden.
Eine der Standardtechnologien in der Produktionssteuerung ist OPC. Mit dem neuen Standard OPC UA sind die Möglichkeiten Daten bis zur Unternehmensebene vereinheitlicht zu transportieren deutlich erweitert worden. Insbesondere erlaubt der Standard umfangreiche Erweiterungen des zugrundeliegenden Informationsmodells.
Ziel dieser Arbeit ist es die Verarbeitung komplexer Ereignisse mittels OPC UA zu ermöglichen. Ein besonderes Augenmerk soll hier auf der Möglichkeit liegen das Informationsmodell z.B. auf Basis von Informationen aus Gerätebeschreibungen und Planungsdaten dynamisch zu konfigurieren und, soweit nötig, zu erweitern. Die Verarbeitung komplexer Ereignisse und die Anpassung des Informationsmodells ist selbstständig, auf Basis des Standes der Forschung, zu konzeptualisieren. Darauf aufbauend soll die Lösung beispielhaft an einem Prototyp umgesetzt werden. Die Lösung ist umfassend zu dokumentieren und zu bewerten.


Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Martin Wesche
Betreuer: Dipl.-Inf. Andreas Gössling
Bearbeitungszeitraum: 15.09.2009 - 15.03.2010

Der Lebenszyklus von Anlagen der Automatisierungstechnik zeichnet sich hinsichtlich der Informationsmodelle der einzelnen Phasen durch Brüche und Undurchlässigkeit zwischen den einzelnen Phasen aus. Geräteübergreifendes, funktionsorientiertes anlagennahes Assetmanagement kann jedoch nur wirkungsvoll umgesetzt werden wenn Informationen aus unterschiedlichen Quellen kombiniert werden können. Für den Austausch von Daten zwischen Planungstools wurde das Format CAEX in IEC 62424 standardisiert. Mit Hilfe dieses XML basierten Datenformats lässt sich die Struktur von Anlagen auf einer abstrakten Ebene beschreiben. Eine solche Strukturbeschreibung wiederum ermöglicht die Abbildung von Anlagenteilen auf Assetmodelle für diese Anlagenteile.

Das Tool isProNetConfig erlaubt es zum gegenwärtigen Zeitpunkt die Hardwarestruktur (gerätezentriert) eines PAM-Systems abzubilden und die Zugriffspunkte auf das System zu konfigurieren. Die Sichtweise ist dabei auf die Kommunikation zentriert, die benötigten Daten stammen aus proprietären Formaten von Engineering Systemen sowie aus GSD oder EDD-Dateien. Dieser Sichtweise soll eine funktionsorientierte Sicht hinzugefügt werden, die die Anlagenstruktur anhand von CAEX Bibliotheken abbildet. Es soll dabei möglich sein, Daten aus beiden Sichten zu verknüpfen. Die Verknüpfung soll für den Anwender mit möglichst geringem Aufwand möglich sein.

Die Lösung ist prototypisch zu implementieren und umfassend zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Stefan Bens
Betreuer: Dipl.-Ing. Stefan Theurich
Bearbeitungszeitraum: 01.10.2009 - 31.03.2010

Die Profibus Nutzerorganisation beschreibt mit PROFINET IO I&M ein elektronisches Typenschild für Feldgeräte. Teile des Inhaltes dieses Typenschildes sind für PROFINET IO Geräte zwingend erforderlich, z.B. Gerätehersteller, Bestellnummer, Hardware Revision, Firmware Revision. In der Regel werden I&M-Daten ausschließlich informativ benutzt. Eine automatische Auswertung und Anreicherung erfolgt noch nicht.
Ziel der Arbeit ist es, die Möglichkeiten der Anreicherung der vorhandenen I&M-Daten unter Verwendung diversitärer Informationsquellen zu analysieren, zu bewerten und prototypisch umzusetzen. Dafür soll ein vorhandenes PROFINET IO Werkzeug um einen I&M-Daten Explorer erweitert werden. Weiterhin ist die Anbindung an vorhandene Infrastrukturen zu bewerten und ggf. zu realisieren. Die Funktionstüchtigkeit ist anhand von realen PROFINET IO Geräten im Laborumfeld nachzuweisen und umfassend zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Alexander Dennert
Betreuer: Dipl.-Inf. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 01.11.2009 - 30.04.2010

Mit PROFINET-IO spezifiziert PI ein Protokoll zur Ethernet basierten Kommunikation zwischen Feldgeräten. IO-Controller, IO-Supervisor und IO-Device bilden dabei die drei möglichen Klassen, der ein Feldgerät in PROFINET angehören kann.
Ziel dieser Arbeit soll es sein, einen modularen Stack für ein PROFINET-IO-Device zu entwerfen, zu entwickeln und zu testen. Nach eingehender Analyse der PROFINET-IO Spezifikation auf Modularisierbarkeit und evtl. vorhandene Abhängigkeiten (Conformance Classes, Echtzeitverhalten, etc.) sollen eine Testanwendung sowie eine prototypische Gerätebeschreibung konzipiert werden. Den Hauptteil der Arbeit bildet die Definition eines Vorgehensmodells zur Entwicklung eines modularen PROFINET-IO-Device Stacks. Die Umsetzbarkeit des Vorgehensmodells ist anhand einer eigenen Implementierung eines PROFINET-IO Stacks nachzuweisen. Dazu sind die Testanwendung sowie die prototypische Gerätebeschreibung heranzuziehen.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Stefan Mätzler
Betreuer: Dipl.-Inf. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 01.04.2010 - 01.10.2010

In der zur Verfügung stehenden Laborumgebung sind PROFIBUS-, PROFINET- und CAN-Geräte (z.B. Remote-IO Baugruppen) an eine SPS angeschlossen. Es sind die Totzeiten im Signallauf vom Schreiben eines Wertes ins Prozessabbild bis zum Lesen der Reaktion eines totzeitfreien Prozesses zu messen und die Ergebnisse zu analysieren. Eine Auswahl von Versuchen soll dabei die Unterschiede von verschieden Messkreistopologien abdecken. Besonderer Augenmerk gilt Verbindungen über mehrere Feldbussegmente unterschiedlicher Technologien (z.B. mittels Gateway). Dabei sollen die Versuchsabbauten und Durchführung und Ergebnisse sowie die Ursachen für Messunsicherheiten für alle variierten Parameter dokumentiert und diskutiert werden.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Dirk Fleischer
Betreuer: Dipl.-Ing. Stefan Theurich
Bearbeitungszeitraum: 01.07.2010 - 31.10.2010

Die aktuelle Spezifikation zu OPC UA bietet gegenüber dem bisherigen Standard eine Reihe von neuen Konzepten und Features. Dazu gehört neben neuen Client- und Server-Strukturen insbesondere ein konfigurierbares Informationsmodell.

Im Rahmen der Arbeit sollen die aktuellen Spezifikationen kritisch untersucht, prototypisch implementiert und bewertet werden.

Dazu ist zunächst eine Analyse der neuen Eigenschaften gegenüber bisherigen OPC-Spezifikationen durchzuführen. Für ausgewählte Szenarien aus der industriellen Automation sind Lösungskonzepte auf Basis von OPC UA zu entwickeln. Diese Konzepte sollen mit der verfügbaren Beispielsoftware in einem Prototyp umgesetzt werden. Dieser soll sowohl Aspekte des Clients und des Servers, wie auch des Informationsmodells berücksichtigen. Insbesondere die Möglichkeiten der Überführung von existierenden Informations­repräsen­tationen in das OPC UA-Informationsmodell sind zu betrachten.

Als technologische Grundlage kommt Visual Studio 2005 mit C# zur Anwendung.

Die Prototyplösung ist intensiv zu testen und umfassend zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Martin Wesche
Betreuer: Dipl.-Inform. Andreas Gössling, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.11.2008 - 01.02.2009

In einer modernen Halbleiterfertigung werden zur Gewährleistung eines reibungslosen Produktionsablaufs die verwendeten Maschinen in regelmäßigen Intervallen oder aber in Abhängigkeit von bestimmten Parametern, wie z.B. Anzahl prozessierter Wafer (Siliziumscheiben) oder RF-Stunden (RF-Reflected Power) einer Wartung unterzogen. Für diese Aufgabe bestehen Lösungskomponenten für Aufgaben wie z.B. Erfassung und Weiterverarbeitung von Eingangsgrößen nach festgelegten Regeln, Konfiguration von Stammdaten, Planung und Vorhersage von Instandhaltungsmaßnahmen sowie Protokollieren von durchgeführten Wartungen und automatisierte Benachrichtigungen per E-Mail bei Erreichen von spezifizierten Grenzen oder Problemen. Diese Komponenten sind in die bestehende Softwareumgebung eingebunden.
Im Rahmen dieser Arbeit soll nach Analyse der aktuellen Anforderungen und Review der bestehenden Funktionalität ein Konzept für eine neue modulare Lösung entworfen und mit zukunftssicheren Technologien realisiert werden.

Dabei sollen insbesondere folgende Anforderungen umgesetzt werden:

• Entwurf Datenbankdesign und Aufbau der Datenbank (Oracle 10)
• Migration des vorliegenden Datenbestandes
• Entwurf und Abstimmung von Funktionalitäten für die Einzelmodule (GUI/Editor/Loaderprozess) mit den Endanwendern
• Schnittstellen-Spezifikation zu anderen IT-Systemen (wie SPC, SAP)
• Entwurf und Implementierung einer Client-Server-Architektur in C#
• Gewährleistung der Kompatibilität zu Windows Vista bzw. WindowsServer 2003

Die erstellte Lösung ist intensiv zu testen und umfassend zu dokumentieren.

Die Arbeit wird in enger Zusammenarbeit mit Infineon Technologies durchgeführt.

Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten
Bearbeitet durch: Ming Zhong
Betreuer: Dipl.-Inform. Aandreas. Gössling / Dipl.-Ing. Oliver Grabo (Infineon Technologies)
Bearbeitungszeitraum: 01.09.2008 - 28.02.2009

Die Untersuchung von Komponenten einer Kfz-Bremsanlage erfolgt häufig auf Schwungmassen-Bremsenprüfständen. Die Radbremse verzögert dabei nicht den Anteil eines Fahrzeuges, sondern eine rotierende Schwungmasse, die mit der Bremsscheibe verbunden ist. Die Schwungmasse wird so gewählt, dass die von der Bremse umzusetzende Energie, der im Fahrzeug entspricht. Die Drehzahl der Prüfwelle (Schwungmasse/Bremsscheibe) stimmt mit der Raddrehzahl überein. Der Antrieb der Schwungmasse erfolgt durch einen Elektromotor. Auf diese Weise können Betriebszustände (Geschwindigkeit, Bremsdruck, Temperatur) der Bremse nachgebildet werden.
Zur Beschreibung der Betriebszustände und zur Charakterisierung des Reibverhaltens der Bremse werden kontinuierlich Größen wie Drehzahl der Prüfwelle, Bremsdruck im Bremssattel, Bremsmoment und Temperatur(en) der Bremsscheibe erfasst. Weiterhin werden Größen wie Drehzahl der Prüfwelle, Bremsdruck, Antriebs-/Bremsmoment ("Elektronische Schwungmassensimulation"), Kühlluft und Bremsbetätigung zur Einstellung von Betriebszuständen ausgegeben. Die Hardware des Systems zur Messdatenerfassung und Steuerung des Prüfstandes wird durch ein Echtzeitsystem unter Labview (Labview RT National Instruments) mit Windows-PC als Host und NI PXI 8176 (in NI PXI 1000) als Target, verbunden durch ein LAN realisiert.
Im Rahmen der Arbeit soll unter Labview eine modulare, erweiterbare Software für Steuerung und Messdatenerfassung des Prüfstands entwickelt werden, die folgenden Anforderungen gerecht wird:

• Visualisierung von Messgrößen bzw. daraus berechneter Größen
• Schwungmassensimulation
• Handsteuerung mit Einstellung von Ausgangsgrößen über eine Bedienoberfläche
• Darstellung von Prüfprogrammabläufen (Erstellung/Editierung und Ablauf) mit Vorga­bewerten sowie Nachfahren von Profilen aus Fahrzeugmessungen

Basierend auf einer detaillierten Anforderungsanalyse soll ein geeignetes Softwarekonzept entworfen und realisiert werden. Die erstellte Lösung ist intensiv zu testen und umfassend zu dokumentieren.
Die Arbeiten werden in enger Kooperation mit dem Institut für Automobiltechnik Dresden IAD, Lehrstuhl Kraftfahrzeugtechnik durchgeführt.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Alexander Grunert
Betreuer: Dipl.-Ing. Sven Boden (IAD)
Bearbeitungszeitraum: 01.10.2008 - 31.03.2009

Da am Markt etablierte Engineering Systeme auf Grund ihrer Herkunft von Herstellern automatisierungstechnischer Komponenten die Integration von Geräten dritter Hersteller, die die Funktion eines Busmasters übernehmen ausschließen, sind solche Dritthersteller u.U. auf eigene Lösungen für das Engineering ihrer Komponenten angewiesen.
Der isNetCube ist ein PROFIBUS DP konformes Gerät, das je nach Anforderung die Aufgabe eines PROFIBUS DP Master Class 1 oder Master Class 2 übernehmen kann. Für dieses Gerät ist eine Engineering Lösung zu entwickeln, die die Verwendung des Gerätes als Master Class 1 bzw. Master Class 2 ermöglicht.
Ausgehend von einer Betrachtung der Informationsflüsse soll ein Konzept für ein Software-Tool erarbeitet werden, das unter Beachtung der Anforderungen an Werkzeuge in der Automatisierungstechnik sowie dem Einsatz moderner Software-Entwurfsmethoden eine möglichst flexible Realisierung ermöglicht.
Die Aufgabe beinhaltet:

• Identifizierung der benötigten Informationen
• Identifizierung und Konzeption der Komponenten des Tools
• Entwicklung einer Strategie für Daten-Persistenz
• Schnittstellen-Entwurf
• Strategie für die Erweiterbarkeit der Lösung

Das Tool ist prototypisch zu implementieren und umfassend zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Stefan Bens
Betreuer: Dipl.-Ing. Christian Hahn
Bearbeitungszeitraum: 01.10.2008 - 31.03.2009

Aktuell beklagen die Anwender in der industriellen Automatisierung, dass sie das Potential moderner, "intelligenter" Feldinstrumentierung nicht nutzen können, da keine verbindlichen Standards für die Integration dieser Geräte in Leitsystemumgebungen existieren. Feldbuslösungen werden dadurch zu einem schwer kalkulierbaren Posten und häufig nicht in Betracht gezogen, obwohl der Nutzen spätestens in der Instandhaltung unbestritten ist.
Um die Integration von Geräten der Automatisierung in zukünftigen Systemen zu verbessern, fehlt es zurzeit an umfassenden Modellen zur Beschreibung der Geräte. Im Rahmen der aktuellen Aktivitäten im Umfeld von FDI (Field Device Integration) ist eine Analyse bestehender Modelle notwendig. Diese soll mit dem Ziel erfolgen, einen durchgängigen Ansatz zu finden. Dabei ist eine strikte Modularisierung der Modelle und Strukturen vorzunehmen und es sind sowohl Geräte, als auch Schnittstellen zu gerätespezifischen Applikationen geeignet zu beschreiben.

Dabei sind folgende Aufgaben zu bearbeiten:

• Gegenüberstellung bestehender Modelle, Definition von Vergleichskriterien und Durchführung einer vergleichende Analyse. Potenzielle Ergebnisse können u.a. die Strukturen eines zukünftigen Gerätemodells sein.
• Definition des übergreifenden Gerätemodells unter Berücksichtigung vorhandener Modelle, Anwendungsfälle und Anforderungen. überführung des Modells in geeignete Darstellungsformen.
• Evaluierung des Modells durch beispielhafte Anwendung auf existierende Geräte und Anwendungsfälle. Ableitung von Anforderungen für die überführung existierender Informationen und Beschreibungsformate. Prototypische Umsetzung durch Implementierung von Transformatoren für ausgewählte Szenarien.

Die Arbeiten werden in enger Kooperation zwischen der TU Dresden und dem ABB Forschungszentrum Ladenburg betreut.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Konrad Gnauck
Betreuer: Dr. Dirk Schulz (ABB) / Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 13.10.2008 - 13.04.2009

Masterarbeit
Bearbeitet durch: Jun Qin
Betreuer: Dipl.-Inform. Andreas Gössling, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 02.03.2009 - 02.09.2009

In modern oil and gas flow control systems, optimizing production is an important issue. New technologies must be developed for combining simulation of the production network with real time data from well and production line instrumentation under consideration of reservoir model input. The system shall calculate the best utilization of a set of wells, and thereby pro¬viding operators, production and reservoir engineers’ advice for optimized tuning of the oil & gas wells. An autonomous system for production optimization needs to be developed.
The goal of this Master’s Thesis is to develop a control algorithm to define the correct choke valve position, based on provided production data such as flow rates and rate of flow rate change. An additional part of the Thesis’ scope is the development and performance of us-ability tests on a user friendly graphical interface that supports good control and overview of the choke valve control. The system shall be suitable for integrated operations, enabling dis-tributed users to access the same real time information through an easy accessible interface. This thesis shall focus on a single well, and to build an algorithm that uses data input as de¬scribed previously for controlling the choke.
The present state of technology can be described by 'data overflow'. Intelligent fields and in-telligent wells produce a vast amount of high quality and valuable data. There also exist sev-eral data management and information gathering and evaluation systems, producing alarms and decision support to the production engineer, enabling them to reach production targets within given constraints and safety limits. In recent integrated operations settings, the infor-mation is made available in both distributed and central collaboration rooms, allowing several disciplines working together to optimize not only daily production, but also the total reservior recovery. With the vast amount of available data, it is however an increasing problem to act on these in a timely manner.
Today the choke valve controls the wellflow manually. It is important that the “Human-Com-puter Interaction” enables the operators to continue to feel and be in control of the production site at all times. The production optimization system should only be allowed to operate autonomously within certain adjustment ranges, and require user intervention for all choke changes above certain thresholds. The challenge is to come up with well functioning user interfaces where operators control high-level production parameters, which in turn can per¬form choke settings on the underlying production network.

Masterarbeit
Bearbeitet durch: Vladimir Vakashinski
Betreuer: Dipl.-Inform. Andreas Gössling, Dipl.-Ing. Daniel Abicht (Cameron GmbH), Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.04.2009 - 30.09.2009

Nach einer detailierten Analyse der Datenflüsse in einem industriellen Kommunikationssystem mit PROFINET IO soll eine Testumgebung konzipiert und erstellt werden. Diese Testumgebung muss die Möglichkeit bieten, Teile der zyklischen und azyklischen Kommunikation in einem PROFINET IO Netz zu realisieren.
Verfügbare (kommerzielle) Implementierungen bilden in der Regel die gesamte Funktionalität von PROFINET IO ab, dies ist für den geplanten Einsatzzweck zu umfangreich und nicht flexibel genug. Im Rahmen dieser Aufgabe sollen daher lediglich die nach einer Analysephase festgelegten Funktionalitäten umgesetzt werden. Als Ausgangsanforderung steht das azyklische Lesen aus PROFINET IO Geräten.
Konzept und Implementierung sind unter Berücksichtigung einfacher Erweiterbarkeit zu entwickeln und umfassend zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Alexander Dennert
Betreuer: Dipl.-Inf. Robert Lehmann
Bearbeitungszeitraum: 01.04.2009 - 30.09.2009

Im Rahmen der Fachpraktika "Industrielle Kommunikationssysteme" und "Industrial Ethernet" der Professur für Prozesskommunikation am Institut für Angewandte Informatik sollen Studenten ihre Kenntnisse über den Aufbau und die Funktion industrieller Kommunikationssysteme vertiefen. Ziel der Arbeit ist es daher, mit Hilfe der von der Firma Hilscher bereitgestellten netX-Anschaltung flexibel Komponenten mit Analog- und Binärperipherie an PROFIBUS, CANopen und wenn möglich PROFINET anzubinden. Dadurch wird die Geräteapplikation über verschiedene Kommunikationslösungen erreichbar. Diese Geräteapplikation ist zu entwickeln und für die genannten Kommunikationslösungen prototypisch umzusetzen. Zusätzlich soll untersucht werden, ob ein Webserver auf dem Gerät integriert werden kann, über den (Diagnose-) Informationen verfügbar gemacht werden und der für Web-based Management der Geräteapplikationen genutzt werden kann. Die Prototyplösung ist intensiv zu testen und umfassend zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Konrad Gnauck
Betreuer: Dipl.-Ing. Axel Gürtler / Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 16.07.2007 - 16.01.2008

Aufbauend auf der Guideline für Applikationsprofile für PROFINET und der IEC-Profile Guideline sind Werkzeugkomponenten für die Erzeugung von XML-basierten Profilen aus einer Microsoft Office-Umgebung zu konzipieren und prototypisch zu implementieren. Dabei sollen die Vorgaben bezüglich der Profilentwicklungsschritte und der Strukturierung der Profile möglichst vollständig umgesetzt werden. Weiterhin sind Schnittstellen zu ausgewählten weiteren Dokumentenformaten vorzusehen. Für die Integration der Werkzeugkomponenten sind geeignete Konzepte zu erstellen und exemplarisch umzusetzen. Die Prototyplösung ist intensiv zu testen und umfassend zu dokumentieren.

Studienarbeit
Barbeitet durch: Jeanine Balzer
Betreuer: Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.08.2007 - 31.01.2008

In der Automatisierungsindustrie finden neben klassischen SPS und Soft-SPS auf Industrie-PC vielfach Mikrocontroller-basierte Steuerungen Anwendung. Diese Systeme sind zumeist anwendungsspezifisch programmiert und können vom Endanwender nicht flexibel geändert bzw. angepasst werden. Im Rahmen der Arbeit ist ein Konzept zu erarbeiten, das die Integration von SPS-Funktionalität in solche Mikrocontroller-basierten Lösungen ermöglicht. Dazu ist ausgehend von einer Anforderungsanalyse und vom State-of-the-Art industrieller Steuerungstechnik eine geeignete Zielfunktionalität zu ermitteln und zu klassifizieren. Darauf aufbauend ist ein Realisierungskonzept für die Integration zu entwickeln und prototypisch umzusetzen. Neben der Run-Time-Funktionalität sind insbesondere die Aspekte der Erstellung der SPS-Programme zu betrachten. Dabei sollen wann immer möglich Standards wie IEC 61131 berücksichtigt und durch geeignete Schnittstellen unterstützt werden. Die Implementierung ist hinsichtlich ihrer Funktionalität und ihres Laufzeitverhaltens zu analysieren und gegenüber den Anforderungen zu bewerten sowie umfassend zu dokumentieren. Die Arbeit wird in Kooperation mit der Firma Computersysteme Dr. Schmidt GmbH, Techritzer Str. 12, 02692 Grubschütz durchgeführt. Das Referenzsystem für die prototypische Implementierung wird gemeinsam mit dem Partner festgelegt.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Marcus Hermsdorf
Betreuer: Dr. C. Schmidt (Computersysteme Dr. Schmidt GmbH) / Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.09.2007 - 29.02.2008

In einer modernen Massenfertigung kann der Fertigungsprozess als Workflow betrachtet werden. Dieser Workflow dient zur Kopplung von einzelnen Prozessschritten. Zielstellung dieser Arbeit ist die Modellierung eines solchen Fertigungsprozesses als Workflow. Dabei sind die Informationsflüsse zwischen den einzelnen Prozessen zu analysieren und in geeigneter Form auf Workflows abzubilden. Aus dem Workflow sollen XML-Messages generiert werden, über die Informationen mit den Maschinen ausgetauscht werden. Als Schwerpunkte der Arbeit sind

• Analyse von Workflow Konzepten und Workflow Beschreibungen
• Abbildung des Produktionsprozesses
• Definition von geeigneten Web Services
• Prototypische Implementierung und Verifizierung

Als Referenzsystem für die Analyse und für die Erstellung des Konzepts ist die Fertigung von Piezomotoren der Firma Elliptec Resonant Actuator AG zu verwenden. Als Entwicklungsumgebung soll VB.NET benutzt werden.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Erik Henning
Betreuer: Dipl.-Ing Patrick Otto / Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.09.2007 - 29.02.2008

Aufbauend auf der Guideline für Applikationsprofile für PROFINET und der IEC-Profile Guideline sowie der entwickelten XML-Notation ist eine semantische Annotation für derartige Profile zu erstellen. Dabei sind vorhandene Glossare und Frameworks zu nutzen und geeignete Ontologien zu erstellen. Dabei sollen die Vorgaben bezüglich der Profilentwicklungsschritte und der Strukturierung der Profile weiterentwickelt werden.
Die Ontologien sind in das entwickelte Werkzeugsystem zu integrieren. Auf Basis eines vorgegebenen Profils ist die entwickelte Lösung prototypisch umzusetzen und zu evaluieren. Dazu sind insbesondere Schnittstellen zu existierenden Werkzeugen des Semantic Web zu schaffen. Weiterhin sind Schnittstellen zu ausgewählten anderen Automatisierungswerkzeugen vorzusehen.
Die Prototyplösung ist intensiv zu testen und umfassend zu dokumentieren.
 

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Jeanine Balzer
Betreuer: Dipl.-Inf. A. Gössling
Bearbeitungszeitraum: 01.05.2008 - 31.10.2008

Aufbauend auf dem Architekturmodell für eine geräteübergreifende, netzwerkzentrierte Asset Management Lösung ist eine flexible Lösung für die Konfiguration eines solchen Systems zu entwerfen und prototypisch zu implementieren.
Dabei sind sowohl die Konfiguration der Produktivdienste des Abstract Layers (Parameter­zugriffe), als auch das Management der Applikation zu berücksichtigen. Ausgehend von der Klassifikation der Konfigurationsinformationen und der Identifikation der Informationsquellen ist eine Analyse der verfügbaren Schnittstellen von Engineering-Systemen der Automa­tion vorzunehmen.
Daraus ist das Konzept für den Konfigurationsservice zu entwickeln. Weiterhin ist ein Vor­schlag zur Parameterabstraktion zu erstellen.
Für beide Dienste ist ein Realisierungskonzept zu entwickeln. Dies ist Basis für die prototypi­sche Umsetzung inklusive der Integration in die bestehende Architektur. Die erstellte Lösung ist umfassend zu testen und zu validieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Stefan Theurich
Betreuer: Dipl.-Ing. Ch. Hahn / Dipl.-Inf. R. Frenzel
Bearbeitungszeitraum: 01.06.2008 - 30.11.2008

Der Informationsbestand moderner Feldgeräte in Automatisierungssystemen ist heterogen und verteilt. Der Zugriff auf diese Informationen durch Werkzeuge erfolgt kontext- und life-cycle-abhängig und erfordert Möglichkeiten zur Auswahl der relevanten Bestandteile. Diese Zugriffe werden derzeit fast ausschließlich herstellerspezifisch realisiert. Im Rahmen der Arbeit soll daher ein Informationsmodell entwickelt werden, das den gezielten Zugriff auf derartig verteilte Informationen nach einem einheitlichen Prinzip erlaubt. Dazu sind unter Beachtung einschlägiger Gerätemodelle und typischer Interaktionen zunächst Klassifizierungen der Feldgeräte-Informationen zu definieren und geeignete Metadaten zu spezifizieren. Darauf aufbauend ist ein Informationsmodell zu entwickeln und geeignete Schnittstellen zu definieren. Ein Implementierungskonzept soll erarbeitet werden, das zur Verifizierung des Informationsmodells prototypisch zu realisieren ist. Die Prototyplösung ist intensiv zu testen und umfassend zu dokumentieren.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Roman Frenzel
Betreuer: Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 17.10.2006 - 16.04.2007

In einer modernen Massenfertigung fallen in jedem Prozess sehr viele lokale Daten an. Betrachtet man diese Daten nur separat, so lassen sich kaum Rückschlüsse auf die Gesamtqualität der Fertigung folgern. Zielstellung dieser Arbeit ist eine Web-basierte Middleware, die es ermöglicht die lokalen Daten so miteinander zu vernetzen, dass eine Analyse der Gesamtdaten erfolgen kann. Weiterhin soll die Middleware ermöglichen den Gesamtprozess abbilden und steuern zu können bzw. eine Schnittstelle für mögliche Message-orientierte ERP-Systeme bilden. Schwerpunkte der Arbeit sind

• Erarbeitung eines Konzepts für die Middleware
• Spezifikation der Messages
• Prototypische Implementierung und Verifizierung

Als Referenzsystem für die Analyse und für die Erstellung des Konzepts ist die Fertigung von Piezomotoren der Firma Elliptec Resonant Actuator AG zu verwenden. Als Entwicklungsumgebung soll VB.NET benutzt werden.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Bernd Lindner
Betreuer: Patrick Otto / Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 21.11.2006 - 21.05.2007

Aufbauend auf den Spezifikationen zu PROFIBUS sind Asset-Indikatoren für eine geräteübergreifende, netzwerkzentrierte Asset Management Lösung zu identifizieren und in geeigneter Form zu beschreiben. Die Indikatoren sollen Asset-Management-relevante Kennziffern für das Netzwerk und für geräteübergreifende Funktionalitäten abbilden. Sie sollen in ein Informationssystem eingebunden werden.
Dabei sind insbesondere die Anbindung an die Datengewinnung, die applikationsabhängige Konfiguration und die Anbindung an Schnittstellen zur MES/ERP-Ebene zu modellieren. Eine prototypische Implementierung soll für ausgewählte Indikatoren umgesetzt werden. Die Prototyplösung ist intensiv zu testen und umfassend zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Stefan Theurich
Betreuer: Dipl.-Inf. Roman Frenzel / Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.05.2007 - 31.10.2007

In der Automatisierungsindustrie finden XML und darauf aufbauende Dialekte eine immer breitere Anwendung. So enthalten aktuelle Standards meist neben dem Hauptteil mit der textuellen Spezifikation einen zweiten Teil, in dem das textuell beschriebene Modell strukturell durch XML-Schema-Dokumente oder Dokumenttyp-Definitionen dargestellt wird. In einer so heterogenen Branche wie der Automatisierung, geprägt durch viele arbeitsteilige Prozesse, etablierten sich über die Jahre sowohl in horizontaler und vertikaler Sicht, aber auch über den Lebenszyklus verschiedene Standards. Dabei gibt es zahlreiche sich überschneidende Belange und Inkonsistenzen. Dadurch sind Anknüpfungspunkte für die Integration in horizontaler, vertikaler und temporaler Sicht durch verschiedene Modellstrukturen versteckt.

Ziel dieser Arbeit ist die prototypische Erstellung einer Plattform zur Zusammenführung solcher "versteckten" Daten, durch deren Überführung in Darstellungsformen des Semantic Web. Insbesondere sind folgende Punkte zu berücksichtigen:

• Analyse des Semantic Web gegenüber "klassischem XML"
• Erarbeitung einer effizienten Netzarchitektur fürs Semantic Web
• Erarbeitung einer allgemeinen Lösung zur Transformation von Daten aus XML-Dateien in Semantic Web-Beschreibungen
• prototypische Implementation unter Einbeziehung einiger beispielhafter Standards aus der Automatisierungsindustrie
• Bewertung der prototypischen Lösung

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Sebastian Hegler
Betreuer: Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.07.2007 - 31.12.2007

Aufbauend auf den Spezifikationen zu den PROFIBUS/PROFINET Identification & Maintenance - Funktionen ist ein System zu konzipieren und prototypisch zu implementieren, das als Informationssystem für Feldgeräte dienen soll. Dabei ist insbesondere der kontext- und life-cycle-abhängige Zugriff auf die relevanten Gerätezusatzinformationen (Dokumentationen, Einstellvorschriften, Softwarekomponenten etc.) zu ermöglichen. Dazu sind geeignete Funktionen zu definieren, die mittels Web-Service realisiert werden sollen. Die Beschreibung der Funktionen erfolgt mittels einer zu entwicklenden WSDL-Datei. Als Implementierungsumgebung ist PHP 5 in Verbindung mit Apache 2 vorgesehen.
Die Prototyplösung ist intensiv zu testen und umfassend zu dokumentieren.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Roman Frenzel
Betreuer: Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.11.2005 - 30.04.2006

Der Elektronikanteil in Fahrzeugen wird in Zukunft immer weiter steigen. Gleichzeitig werden die Entwicklungszeiträume für neue Fahrzeugelektronik immer kürzer. Integraler Bestandteil der Entwicklung ist der fahrzeugnahe Test der Komponenten. Dazu wird eine leistungsfähige mobile Testumgebung benötigt, die über geeignete Bedien- und Präsentationsmöglichkeiten verfügt. Insbesondere soll die Möglichkeit geschaffen werden, während der Fahrt Feinabstimmungen an den Steuergeräten vornehmen zu können. Die entsprechende Benutzerinteraktion muss der Fahrsicherheit Rechnung tragen und in vorhandene Bediengeräte wie das Display des fahrzeugeigenen Navigationssystems integrierbar sein.
Im Rahmen der Diplomarbeit sollen folgende Schwerpunkte bearbeitet werden:

• Definition der benötigten Schnittstellen, insbesondere zu Navigationsgeräten
• Konzipierung der Lösung für ein Testmodul
• Auswahl und Evaluierung der benötigten Hard- und Software
• Anbindung des CAN an das Testmodul mit der Möglichkeit der Erweiterbarkeit auf weitere Bussysteme (z.B. LIN, MOST, FlexRay)
• Schnittstellenanalyse der Navigationssysteme bzw. Multifunktionsgeräte hinsichtlich der Überbrückungsmöglichkeiten der eigentlichen Funktion sowie der Erweiterbarkeit auf zukünftige Geräte
• Erstellen des Benutzerinterfaces in Hard- und Software und der zugrunde liegenden Verarbeitungs- und Visualisierungsapplikation, inklusive einer WLAN Schnittstelle zum PDA
• Umfangreiche Dokumentation von Vorgehensweise und Lösung

Die experimentellen Arbeiten werden in der Firma Bertrandt Ingenieurbüro GmbH, Lilienthalstraße 50-52, 85080 Gaimersheim, durchgeführt.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Tobias Hommel
Betreuer: Ralf Schoenen (Bertrandt) / Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.05.2006 - 31.10.2006

Die ISO 15745 definiert ein auf XML-Dialekten aufbauendes Framework zur Applikations-Integration für Feldgeräte. Aufgrund des restriktiven Modells und der inhärent schlechten Erweiterbarkeit von XML-Dokumenten greift diese Norm jedoch in vielen Belangen zu kurz.
So können die Eigenheiten verschiedener Feldbus-Systeme nicht genügend gut in dieses Modell abgebildet werden, weswegen sich verschiedene, untereinander inkompatible Industriestandards etabliert haben.
Das Semantic Web stellt - ebenfalls auf der Basis von XML - Methoden zur Annotation von Metadaten, zur Modellierung und Taxonomierung zur Verfügung. Diese Arbeit soll die Tauglichkeit der neuen Möglichkeiten des Semantic Web zur Überbrückung der Inkompatibilitäten zwischen den etablierten Industriestandards FDCML, GSDML und CANopen untersuchen.
Auch sollen die Möglichkeiten der Annotation von Lifecycle-Aspekten für ein erweitertes Gerätemodell diskutiert werden. Einige Dienste sollen zu Testzwecken als Web-Service implementiert werden.

Studienarbeit
Bearbeitet durch: Sebastian Hegler
Betreuer: Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.10.2006 - 31.12.2006

Die umfangreiche Funktionalität moderner ERP-Systeme macht es einem potenziellen Anwender sehr schwer, das Prozessmodell des Systems zu erkennen. Dadurch ist dieser oft nicht bin der Lage, das funktionelle Angebot der Software zur Abbildung der konkreten Betriebsorganisation effektiv einzusetzen. Er benötigt dazu umfangreiche Beratungsleistungen durch den Hersteller. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Tools, das das Prozessmodell des ERP-Systems offen legt und in geeigneter Form präsentiert. Damit können die Einsatzvorbereitung vereinfacht und die Anpassung an neue Betriebsbedingungen erleichtert werden, was letztlich den Kundennutzen der Investition maßgeblich steigert.
Als Schwerpunkte der Arbeit sind

• die Ermittlung des Informationsbedarfs aus Nutzer- und Beratersicht,
• die Analyse des typischen Prozessmodells eines ERP-Systems,
• die Erarbeitung eines Konzepts für die Präsentationslogik einer interaktiven Darstellung des Prozessmodells
• sowie die Implementierung und Verifizierung einer Prototyplösung

zu bearbeiten.
Als Referenzsystem für die Analyse und für die Erstellung des Prototyps ist das ERP-System AFPS der Firma IBeeS zu verwenden. Dabei ist insbesondere die Anpassbarkeit des prototypischen Tools bei Änderung des Prozessmodells zu beachten.

Diplomarbeit
Bearbeitet durch: Michael Franke
Betreuer: Prof. Wollschlaeger
Bearbeitungszeitraum: 01.08.2004 - 31.01.2005