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The energy management of manufacturing facilities must be taken increasing account for an efficient operation within a production process. Future efforts and solutions will focus on improvement of the process stability and on cost reduction to meet the needs of successfully compete in local and global markets especially for SME. The paper describes an approach for manufacturing facilities using an example for thermoprocessing equipment. For this purpose, the TPS-principle Jidōka is used, the mechanism of self-adapting limit setting as well as an implementation is presented prototypically.
The availability of electrical energy is one of the essential basic elements for economic growth and humanitarian living conditions. In one of the poorest regions of Western Africa - in the savannah region of northern Togo - the central expansion of electricity grids has not taken place. Decentralized solutions based on renewable energy systems can help here and promote the region's development. In the presented paper, the various renewable energy carrier systems were examined with regard to their use in the savannah region of Western Africa. The solar energy carrier system could be used as a power supplier in the secondary conversion process to mechanical power. Subsequently, a prototype for a clay brick production machine was designed and a digital mock-up was developed. Together with the partners in Togo, the prototype is built and tested in the field. Experiences are being gathered in cooperation with Bonita-Haus and will be incorporated into the educational content in Togo as well as at the Technical University of Wildau. This will make a significant contribution to the utilization of the technology at the site and to improving the living conditions in Western Africa.
Vapor compression refrigeration systems are subject to performance degradation over time due to the presence of faults. However, latest work in the field of condition-based maintenance shows promising results in the automatic early detection of anomalous behaviour as well as in accurate machine diagnostics and can, therefore, increase the overall system reliability by simultaneously preventing machine downtimes. In this paper, the latest research works carried out within the last decade are reviewed and the approaches are classified regarding their working principles. Furthermore, the work at hand depicts the current research trend in this field and outlines current obstacles.
Das Greifen von biegeschlaffen Materialien z. B. Gummi, Textil, Schaumstoff, FVK-Matten erfolgt industriell heute immer noch zu einem großen Teil manuell. Technische Schwierigkeiten werden durch die biegeschlaffen Materialeigenschaften selber sowie den erhöhten Flexibilitätsanforderungen aufgrund der Fertigung kleinster Losgrößen hervorgerufen. Automatisierungsbemühungen scheitern bisher an flexiblen Greifsystemen zum Handhaben derartiger Bauteile.
Nutzung regenerativer Energie als Träger mechanischer Leistung in der Savannenregion Westafrikas
(2014)
Ein Großteil des afrikanischen Kontinents ist noch immer von Armut betroffen. Im besonderen Maße ist dieser Zustand prägend für die westafrikanische Republik Togo. Kennzeichnend für die Region ist, dass sie über ein sehr schlecht ausgebautes Energienetz verfügt. Dieses hindert die Entwicklungsbedingungen sowohl im wirtschaftlichen als auch bildungspolitischen Bereich. Um die Weiterentwicklung des Landes zu fördern, hat sich die Technische Hochschule Wildau zum Ziel gestellt, Projektarbeiten im Bereich der Nutzbarmachung regenerativer Energien zu unterstützen und so einen Beitrag zur „Hilfe durch Selbsthilfe“ zu leisten. Im folgenden Artikel wird eine Analyse der Savannenregion hinsichtlich der klimatischen Bedingungen aufgezeigt. Die Analyseergebnisse dienen als Basis für die Ableitung möglicher regenerativer Energieträger und Konzepte zu deren dezentraler Nutzung. Am Fallbeispiel einer Lehmsteinpresse wird gezeigt, inwieweit der für die Region optimale regenerative Energieträger sinnvoll in mechanische Leistung überführt werden kann. Eine Berechnungsgrundlage zur Auslegung entsprechender Leistungsbedarfe wird abgeleitet. Hiermit wird ein Beitrag zum nachhaltigen Verbessern der Lebensbedingungen in Westafrika geleistet.
Im Fokus vieler industrieller Forschungsprojekte steht die intelligente Vernetzung von Entitäten im produktionstechnischen Umfeld. Im Rahmenkonzept Industrie 4.0 wird zum Wandel bestehender hierarchischer Betriebsstrukturen in ein cyberphysisches Produktionssystem beigetragen. Priorität haben Untersuchungen sensorischer Komponenten und deren Verkettung als Führungselement im zukünftigen Produktionsumfeld, welches durch Selbstanalyse, Selbstorganisation und Selbstoptimierung geprägt sein wird. Ziel des Hochschulprojektes (iSensPK) ist die Abwandlung bestehender Sensorkonzepte und deren Nutzbarmachung für das Internet der Dinge. Einen Schwerpunkt wird dabei insbesondere die Definition und Verknüpfung stabiler Kommunikationswege darstellen. Als Demonstrator erfolgt der Aufbau eines 6-Komponenten Kraftmesssystems zur Prüfung und Kalibrierung moderner Greifertechnologien unter Feldbedingungen. Durch die umfangreiche Vernetzung verschiedener Sensoren erfolgt die Erfassung von Störgrößen im Testumfeld. Das gewonnene Abbild der physischen Umgebung dient zur Korrektur der Kraftmessungsergebnisse. Für die Realisierung eines derartigen Kraftmess- und Umfelderfassungssystems wird in den sensorisch relevanten Bereichen der Kommunikation, Sensordatenfusion, Multifunktionsintegration und Selbstorganisation nach Lösungsansätzen gesucht.
Implementing processes for traceability is required in various industries to assure product quality during manufacturing, provide evidence on required processing conditions or facilitate product recalls. Commonly, radio-frequency identification (RFID) or code recognition techniques (e.g. Data Matrix) are applied to track the flow of workpieces through a manufacturing system and link processing data accordingly. Although the analysis of tracking data is well-examined, we still see a gap in the research on the trade-off between data acquisition, data analytics and data quality. Here, we present a framework to increase the value of existing data by enabling data analytics while addressing common pitfalls and reducing the costs of data management.
Die Industrie 5.0 fordert neue Lernansätze und zeitgleich auch passende Lernumgebungen. Parallel müssen diese neben den didaktischen Herausforderungen auch den Transfer- und Übertragungsgedanken auf die industriellen Anwendungen gerecht werden. Durch die täglich steigende Anzahl vielfältiger KI-Tools insbesondere textgenerierenden Tools, braucht es Systeme mit einem breiten Anwendungsbereich. Im Rahmen des vorliegenden Beitrags geben die Autoren einen Einblick in die Wildauer Smart Production, welche den transdisziplinären Gedanken von Lern- und Transferumgebungen Rechnung trägt, Möglichkeiten der Gestaltung komplexer Produktionssysteme widerspiegelt, die Integration menschzentrierter Ansätze ermöglicht und als Forschungsumgebung eingesetzt wird.
Urbane Mobilität insbesondere der innerstädtischen Personentransport wird auch zukünftig ein besonderes Augenmerk unter dem Eindruck nachhaltiger Nutzung von Energiesystemen haben. Hierbei besitzt der öffentliche Personennahverkehr(ÖPNV) ein großes Potential zur großskaligen Minderung des Kohlendioxid ausstoßes. Ein sehr wichtiges Konzept hierbei ist der Oberleitungsbus der ganz analog zu einer Straßenbahn über eine Oberleitung fahrbahnbegleitend mit Strom versorgt wird. Da der Bus naturgemäß nicht schienengebunden fährt und somit ein gewisses Maß an Positionsungenauigkeit besitzt, ist das Eindrahten an die Oberleitung allerdings erschwert. In dieser Arbeit präsentieren wir einen Regelungsansatz basierend auf einer neuartigen Sensorkonfiguration, der das automatische Eindrahten eines Stromabnehmers auf einem Bus ermöglichen kann.
Awareness about climate change has led to policies and regulations but also customer preferences favoring sustainable production. Thus, producing businesses are confronted by this, as they consume a large share of resources. Therefore, when producing, additional dimensions beyond commercial feasibility ought to be considered. Here, literature on sustainability from the field of engineering science is systematically searched and analyzed for approaches leading to actual recommendations for action. Hence, this bottom-up approach, incorporating the production engineers’ point of view, represents an inside view of how the topic of sustainability has arrived at production companies. The focus on commercial feasibility ensures high relevance to practice, as production needs to become both sustainable and competitive. Even though exemplary collections of different approaches addressing the topic of sustainability in production can be found in literature, novelty is provided by the structured manner literature was collected and the special focus on approaches leading to practice-relevant recommendations for action. Thus, a comprehensive overview of approaches applicable to the manufacturing domain is presented.
Refrigeration applications consume a significant share of total electricity demand, with a high indirect impact on global warming through greenhouse gas emissions. Modern technology can help reduce the high power consumption and optimize the cooling control. This paper presents a case study of machine-learning for controlling a commercial refrigeration system. In particular, an approach to reinforcement learning is implemented, trained and validated utilizing a model of a real chiller plant. The reinforcement-learning controller learns to operate the plant based on its interactions with the modeled environment. The validation demonstrates the functionality of the approach, saving around 7% of the energy demand of the reference control. Limitations of the approach were identified in the discretization of the real environment and further model-based simplifications and should be addressed in future research.
Um den Herausforderungen zukünftiger Wertschöpfungsnetzwerke gewachsen zu sein, sind produzierende Unternehmen im verstärkten Maße auf die Erfassung energetischer Daten angewiesen. Somit gewinnen industrielle Energiemonitoringsysteme zunehmend an Bedeutung. Bei der Erweiterung bestehender Strukturen um die Funktionalität des Energiemonitorings können verschieden konzeptionelle Ansätze verfolgt werden. Diese werden in der vorliegenden Arbeit aufgezeigt und anhand exemplarischer Versuchsaufbauten nutzwertanalytisch verglichen. Es ist festzustellen, dass die Auswahl eines geeigneten Systems für jeden Anwendungsfall individuell zu betrachten ist. Nur unter Berücksichtigung der technischen sowie menschlichen Entitäten innerhalb eines Unternehmens und genauer Definition der Spezifikationen kann aus der breiten Auswahl marktverfügbarer Systeme die jeweils geeignetste Lösung ausgewählt werden.
Small and medium-sized companies increasingly turning their attention towards the fourth industrial revolution. In order to increase their own long-term competitiveness, there is a growing desire to make production smarter, more efficient, safer and more sustainable through new technologies. Often, however, existing plants cannot be easily replaced by modern equipment. The reasons for this can be high investment costs, excessive downtimes or the unavailability of an equivalent machine. An alternative solution to the purchase of new equipment is the modernisation or expansion of existing systems, also called retrofitting. Thus, this paper deals with the retrofit process of a machine tool, whereby the software architecture of the control unit is the primary concern of this work.
Science, technology and politics agree: hydrogen will be the energy carrier of the future. It will replace fossil fuels based on a sufficient supply from sustainable energy. Since the possibilities of storing and transporting hydrogen play a decisive role here, the so-called LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carriers) can be used as carrier materials. LOHC carrier materials can reversibly absorb hydrogen, store it without loss and release it again when needed. Since little or no pressure is required, normal containers or tanks can be used. The volume or mass-related energy densities can reach around a quarter of liquid fossil fuels.
This paper is to give an introduction to the field of hydrogen storage and usage of those LOHC, in particular. The developments of the last ten years have been related to the storage and transport of hydrogen with LOHC. These are crucial to meet the future demand for energy carriers e.g. for mobile applications. For this purpose, all transport systems are under consideration as well as the decentralized supply of rural areas with low technological penetration, e.g. regions of Western Africa which are often characterized by a lack of energy supply. Hydrogen bound in LOHC can provide a hazard-free alternative for distribution. The paper provides an overview of the conversion forms as well as the chemical carrier materials. Dibenzyltoluene as well as N-ethylcarbazole - as examples for LOHC - are discussed as well as chemical hydrogen storage materials like ammonia boranes as alternatives to LOHC.
Chiller systems are used in many different applications in both the industrial and the commercial sector. They are considered major energy consumers and thus contribute a non-negligible factor to environmental pollution as well as to the overall operating cost. In addition, chillers, especially in industrial applications, are often associated with high reliability requirements, as unplanned system downtimes are usually costly. As many studies over the past decades have shown, the presence of faults can lead to significant performance degradation and thus higher energy consumption of these systems. Thus, data-driven fault detection plays an ever-increasing role in terms of energy efficient control strategies. However, labelled data to train associated algorithms are often only available to a limited extent, which consequently inhibits the broad application of such technologies. Therefore, this paper presents an approach that exploits only a small amount of labelled and large amounts of unlabelled data in the training phase in order to detect fault related anomalies. For this, the model utilizes the residual space of the data transformed through principal component analyses in conjunction with a biased support vector machine, which can be ascribed to the concept of semi-supervised learning, or more specifically, positive-unlabelled learning.
Faults in industrial chiller systems can lead to higher energy consumption, increasing wear of system components and shorten equipment life. While they gradually cause anomalous system operating conditions, modern automatic fault detection models aim to detect them at low severity by using real-time sensor data. Many scientific contributions addressed this topic in the past and presented data-driven approaches to detect faulty system states. Although many promising results were presented to date, there is lack of suitable comparison studies that show the effectiveness of the proposed models by use of data stemming from different chiller systems. Therefore this study aims at detecting a suitable data-driven approach to detect faults reliable in different domains of industrial chillers. Thus, a unified procedure is developed, to train all algorithms in an identical way with same data-basis. Since most of the reviewed papers used only one dataset for training and testing, the selected approaches are trained and validated on two different datasets from real refrigeration systems. The data-driven approaches are evaluated based on their accuracy and true negative rate, from which the most suitable approach is derived as a conclusion.
Konventionelle Fertigungsstrategien werden künftig zunehmend durch komplexe cyberphysische Produktionssysteme (CPPS) ersetzt. Es entstehen durchgehend verbundene Wertschöpfungsnetzwerke mit großer Informationsdichte, die den Menschen mit einer signifikant gestiegenen Datenmenge konfrontieren, auf deren Basis er agieren muss. Daher nimmt die Mensch-Maschine-Schnittstelle einen wichtigen Stellenwert innerhalb des Produktionsprozesses ein, wobei sich neuartige Visualisierungsverfahren wie Augmented Reality (AR) vielversprechend zeigen. Für entsprechende Anwendungen bedarf es einer durchgängigen Kommunikation aus dem Feld bis hin zur Applikation. Der Artikel beschreibt, wie existierende Kommunikationsstandards dafür nutzbar gemacht werden können und zeigt eine beispielhafte Umsetzung. Zudem wird eine Kommunikationsarchitektur vorgeschlagen, die auf Grundlage der Verwaltungsschale den interoperablen Informationsaustausch zwischen physischen und virtuellen Entitäten ermöglicht.
Energiemanagementaufgaben finden zunehmende Berücksichtigung für einen effizienten Betrieb von Produktionsanlagen. Kostenreduktion bei hoher Prozessstabilität ist hierbei eine wesentliche Aufgabenstellung zur Aufrechterhaltung der Wettbewerbsfähigkeit sowie zur Erfüllung von normativen wie auch gesetzlichen Rahmenbedingungen. Der vorliegende Beitrag zielt auf die Vorstellung eines Ansatzes zur Implementierung eines derartigen Managementsystems am Beispiel einer Thermoprozessanlage. Hierzu wird insbesondere das als Jidōka aus dem TPS bekannte Prinzip mit selbstadaptierender Grenzwertsetzung aufgenommen und eine Ausführungsmöglichkeit prototypisch vorgestellt.
Industrie 4.0 Ansätze haben sich in der fertigenden Industrie vielerorts etabliert. Big Data, IIoT und Künstliche Intelligenz (KI) ermöglichen neue Geschäftsmodelle und wirken sich dadurch auch verändernd auf Produktionssysteme aus. Mit dem Begriff der Industrie 5.0 formuliert sich ein menschzentrierter Ansatz. Die Praxisrelevanz dieser und ähnlicher Innovationen hängt maßgeblich davon ab, wie derartige Einsatzmöglichkeiten neuer, digitaler Technologien in die bestehenden Unternehmensstrukturen Einzug halten. Hierbei kommt es also auf Transfer und Akzeptanz neuer Technologien an. Digitalisierung gestaltet sich somit als sozio-technisches Problem. Dieser Beitrag gibt Einblick in aktuell verfolgte Transferansätze für Digitalisierung im Mittelstand und leistet einen Teil zu Theoriebildung, als dass er auch einen Ausblick auf weitere Aktivitäten in dem Umfeld liefert.
During the last decade production innovation was mainly focused on connectivity aspects. The vision of smart factories running on software, that uses collected machine data, has become true but foremost for leading industrial companies in highly developed countries. Apart from these, production can also be found in non-industrialized craft professions as well as in less developed countries. As digitalization does not necessarily require an industrial or developed setting the latter could possibly benefit from it as well. Socio-cyber-physical production systems have been used to describe the interdependencies of linked production systems but usually focus on highly developed regions as well as for industrial applications. This paper lines out similarities and differences for each case, introduces the concept of cyber-physical production systems (CPPS) and its extension to socio-CPPS (SCPPS), which emphasizes the role of human workers in the production environment. The relation between industrial, non-industrial production and innovations is examined. Furthermore, the widening of SCCPS concepts for non-industrial production is discussed.
Durch die Menschzentrierung in der Industrie 5.0 sollten bestehende Ansätze hinterfragt und geprüft werden. Gerade der, durch die Digitalisierung hervorgerufene, Technostress sollte neben dem Fachkräftemangel einen zunehmenden Betrachtungsfaktor im Produktionsumfeld erhalten. Da trotz bisheriger Maßnahmen eine stetige Zunahme von Stress zu verzeichnen ist. Auffällig sind dabei die Arbeitsunfähigkeits-Fehltage, welche im letzten Jahr um weitere 6 % bzw. um 18,2 Fehltage gestiegen sind. Womit durchschnittlich jede Erwerbsperson 3,17 Tage unter der Diagnose „psychische Störung“ krankgeschrieben wurde. Um diesen Trend entgegenzuwirken, betrachtet der Beitrag die Möglichkeiten der Software-Ergonomie, womit die Gestaltung von HMIs (Mensch-Maschinen-Interfaces) den Menschen gezielter berücksichtigt um etwaige Belastungen zu reduzieren. Im Rahmen der komplementären Industrie 4.0 und der einhergehenden Informationsflut, bestimmen immer komplexer werdende Schnittstellen und Bedienoberflächen einen Großteil des Arbeitsalltags. Diese ermöglichen den Anwenderinnen und Anwendern neben einem schnellen Überblick über Maschinendaten, Prozessabläufe und Handlungsempfehlungen die Möglichkeit zur einfachen Bedienung der technischen Anlagen. Der hier vorgestellte Ansatz betrachtet am Beispiel einer Bestandsanlage, wo sich Potenziale in der Stressreduzierung im Bereich der visuellen Benutzerschnittstellen befinden und welche Auswirkungen eine Veränderung der Leitführung ermöglicht. Hierfür wurde eine mehrphasige Studie durchgeführt dessen Ergebnisse im Bereich des Eye-Trackings sowie anhand von Vitalwerten im vorliegenden Beitrag diskutiert werden.
Der Produktlebenszyklus von Kleidung ist vor allem durch lange Lieferketten von Niedriglohnländern in Hochlohnländer gekennzeichnet. Die Eliminierung solcher Transportwege könnte dazu führen, dass der komplette Lebenszyklus von Kleidungsware nachhaltiger und umweltfreundlicher wird. Der Aufbau von Produktionsstätten in Hochlohnländern wird aktuell durch technische Herausforderungen des Produktionsprozesses von Kleidung bzw. allgemein biegeschlaffen Materialien verhindert. Aufgrund der Eigenschaften biegeschlaffer Materialien können die Entnahme bzw. definierte Ablage von Textilteilen heutzutage nur teilautomatisiert bzw. mit einem hohen Anteil manueller Tätigkeiten gelöst werden. Das Hydroadhäsive Greifen könnte eine Lösung sein, die oben genannten Prozesse zu automatisieren und die Produktion für Hochlohnländer zu vergünstigen. Jedoch verfügt das Verfahren noch über lange Zykluszeiten und die Haltekräfte sind nicht reproduzierbar. Weiterhin ist die Findung von Einstellparametern sehr zeitaufwendig und komplex. Die Lösung könnte eine intelligente Steuerung sein, dessen Kernstück ein datengetriebenes Modell für die Parameteroptimierung und -findung ist. Im Rahmen der Forschungsarbeiten wird ein Modellansatz zur Optimierung der Taktzeit beim hydroadhäsiven Greifen erarbeitet. Dabei wird die Gewinnung der Datengrundlage, das zu entwickelnde Modell sowie die eigentliche Validierung diskutiert.
Konventionelle Fertigungsstrategien werden künftig zunehmend durch komplexe cyberphysische Produktionssysteme (CPPS) ersetzt. Es entstehen durchgehend verbundene Wertschöpfungsnetzwerke mit großer Informationsdichte, die den Menschen mit einer signifikant gestiegenen Datenmenge konfrontieren, auf deren Basis er agieren muss. Daher nimmt die Mensch-Maschine-Schnittstelle einen wichtigen Stellenwert innerhalb des Produktionsprozesses ein, wobei sich neuartige Visualisierungsverfahren wie Augmented Reality (AR) vielversprechend zeigen. Für entsprechende Anwendungen bedarf es einer durchgängigen Kommunikation aus dem Feld bis hin zur Applikation. Der Artikel beschreibt, wie existierende Kommunikationsstandards dafür nutzbar gemacht werden können und zeigt eine beispielhafte Umsetzung. Zudem wird eine Kommunikationsarchitektur vorgeschlagen, die auf Grundlage der Verwaltungsschale den interoperablen Informationsaustausch zwischen physischen und virtuellen Entitäten ermöglicht.
FrostByte Dataset
(2021)
It is with great pleasure that we announce the release of the “Frost Byte” dataset. The dataset was collected during research on fault detection and diagnosis (FDD) approaches and their transferability to heterogeneous systems of industrial refrigeration systems at the Technical University of Applied Sciences Wildau. The data collection took place between 2018 and 2019 and is intended to supplement the ASHRAE 1043-RP dataset (Comstock & Braun, 1999), which has been the only publicly available data source in this area to date. For comparison purposes, the method of data collection was chosen similarly, whereby this dataset collection was carried out using a ~ 100 kW refrigeration capacity ammonia system with plate heat exchangers.
The dataset contains steady-state data equally sampled from five classes:
1. Normal (fault-free operating condition)
2. Reduced Condenser Water Flow
3. Reduced Evaporator Water Flow
4. Non-Condensable Gases
5. Refrigeration Leak
Each class was investigated under changing operational conditions and varying fault severity levels (SL).