Die Modellfabrik der FH Münster erlaubt durch den Umfang und die Komplexität der enthaltenen Automatisierungsaufgaben sowie einen Aufbau aus industriellen Komponenten eine praxisnahe Lehre im Bereich aktueller Anlagenautomatisierung und darüber hinausgehenden Funktionen im Sinne einer durchgängigen Digitalisierung. Die verwendete Unterscheidung der durchgängigen Digitalisierung in horizontale und vertikale Verknüpfungen wird veranschaulicht. Aufbauend auf Erfahrungen mit der Vorgängeranlage werden Neuerungen der 2021 aufgebauten neuen Modellfabrik vorgestellt. Neuerungen umfassen insbesondere die Modularisierung der Anlage, das umgesetzte Sicherheitskonzept, einen Webshop mit Onlinekonfigurator, eine Webvisualiserung des Anlagenzustandes inklusive der Energieverbräuche, sowie Möglichkeiten zur virtuellen Inbetriebnahme. Weiterhin wird das aktuelle Konzept zur Erweiterung der horizontalen digitalen Durchgängigkeit mittels der Einbindung eines autonomen mobilen Roboters in die Modellfabrik vorgestellt.

Dans ce mémoire, nous concevons un plan d'ordonnancement de la production dans un contexte d'industrie 4.0. L'environnement de travail est un atelier de soudure doté de trois stations pour le chargement et le déchargement des pièces, d'un robot de transport, d'un robot positionneur, de deux robots soudeurs et de gabarits sur lesquels sont montées les pièces. Dans un souci de construction de modèles reflétant la réalité de l'usine de production, des caractéristiques et des contraintes ont été considérées. Il s'agit entre autres des caractéristiques liées au type et aux temps de changement de gabarit, des contraintes d'entreposage, de ressources matérielles limitées (machines) et de recirculation. Le problème considéré est un problème de job shop flexible dont l'objectif est de minimiser la durée totale des opérations. Différentes variantes de la méthode exacte basée sur la programmation linéaire mixte en nombres entiers sont présentées. Ces méthodes sont de deux catégories à savoir les méthodes en une étape de résolution et les méthodes en deux étapes de résolution. La comparaison de ces différentes méthodes proposées montre que les méthodes en une étape de résolution offrent les meilleures valeurs de la fonction objectif mais sont plus lents dans la résolution tandis que les méthodes en deux étapes de résolution sont plus rapides dans la résolution mais n'ont pas les meilleures valeurs de la fonction objectif. / In this master's thesis, we design a production scheduling plan in an Industry 4.0 context. The working environment is a welding shop with three stations for loading and unloading parts, a transport robot, a positioner robot, two welding robots and jigs on which parts are mounted. In order to build models that reflect the reality of the production plant, additional characteristics and constraints were considered. These include characteristics related to the type and duration of jig change, constraints of storage, limited material resources (machines) and recirculation. The problem considered is a flexible job shop problem with the objective to minimize the total execution time (the makespan). Different variants of the exact method based on mixed integer linear programming are presented. These methods are of two categories, namely the one-step and the two-step methods. The comparison of these different proposed methods shows that the one-step method yields the best objective function values but requires relatively long computing times while the two-step method is faster but does not give the best objective function values.

Multifunktionale Strukturen sind heute in verschiedenen Fachbereichen von Wissenschaft und Technik von großer Bedeutung. Die Integration von Zusatzfunktionen in existierende Strukturen und Maschinenelemente ermöglicht die Entwicklung neuer innovativer Produkte, die nicht nur kostengünstig, sondern auch platzsparend hergestellt werden können oder vollkommen neue Funktion erfüllen. Das Kunststoffgleitlager mit inte-grierter Verschleißsensorik, das derzeit an der Professur Intelligente Maschinensysteme der Hochschule Mittweida erforscht wird, ist ein beispielhaftes Forschungsprojekt im Bereich multifunktionaler Strukturen. Das Kunststoffgleitlager bietet dem Anwender die Möglichkeit, dank der integrierten Verschleißsensorik aus elektrisch leitfähigem thermoplastischem Kunststoff, Betriebsdaten in Echtzeit zu ermitteln. Diese Innovation ermöglicht die Erfassung des Verschleißgrades des Lagers während des Betriebs, was wiederum eine effektivere Planung von Wartungsintervallen erlaubt. Durch die Vermeidung des vorbeugenden Austauschs noch funktionsfähiger Lager können erhebliche Ressourcen und Kosten eingespart werden. Zur Analyse des Betriebsverhaltens der Sensorelemente wurden umfangreiche numerische Untersuchungen zum mechanischen, thermischen und elektrischen Verhalten des Kunststoffgleitlagers durchgeführt. Ein gekoppeltes Modell wurde in Ansys entwickelt, und mittels einer Parameterstudie verschiedene Szenarien simuliert. Die erzielten Ergebnisse bieten einen detaillierten Einblick in das Betriebsverhalten und die Funktion des Lagers inkl. Sensorik. Mit diesen Erkenntnissen konnte ein Verschleißmodell erstellt werden, welches auf Basis der Sensorwerte kraft- richtungsunabhängig den Verschleißzustand des Lagers ermittelt. Weiterhin kann mit den ermittelten Daten ein passgenauer Messverstärker effizient entwickelt werden. / Multifunctional structures are of great importance in various fields of science and technology today. The integration of additional functions into existing structures and machine elements enables the development of new innovative products that can be manufactured not only cost-effectively but also in a space-saving manner or fulfill entirely new functions. The plastic plain bearing with integrated wear sensing, currently being researched at the Chair of Intelligent Machine Systems at Mittweida University of Applied Sciences, is an exemplary research project in the field of multifunctional structures. The plastic plain bearing provides the user with the ability to determine operating data in real-time thanks to the integrated wear sensing made of electrically conductive thermoplastic material. This innovation enables the monitoring of the degree of wear of the bearing during operation, which in turn allows for more effective planning of maintenance intervals. By avoiding the preventive replacement of still functional bearings, significant resources and costs can be saved. Extensive numerical investigations into the mechanical, thermal, and electrical behavior of the plastic plain bearing were conducted to analyze the operational behavior of the sensor elements. A coupled model was developed in Ansys, and various scenarios were simulated through a parameter study. The results obtained provide a detailed insight into the operational behavior and functionality of the bearing including the sensor system. With this knowledge, a wear model was created, which determines the wear condition of the bearing independently of the direction of force based on the sensor values. Furthermore, with the determined data, a precisely fitting signal amplifier can be efficiently developed.

Eine Herausforderung aus Industrie 4.0 ist die Produktion individueller Produkte in der Losgröße 1. Dabei denken wir zuerst an Fotobuch, die Cola mit einem Etikett, das unseren Namen trägt und viele weitere der inzwischen zahlreich angebotenen individualisierten Endprodukte. Dabei wird oft vergessen, dass für deren Herstellung Maschinen und Anlagen erforderlich sind, die selbst individuelle Produkte sind und nicht mehr kosten sollen als deren Pendants aus der Großserie. Um dies zu leisten, reicht es nicht aus, Daten in einer Cloud zu sammeln und auszuwerten oder das Förderband mit einem Internetanschluss zu versehen. Vielmehr bedarf es ganzheitlicher Konzepte, mit denen Produktionssysteme nachhaltig und individuell entwickelt werden können. Ein Lösungsansatz dazu ist die funktions- und objektorientierte Modularisierung, bei der die zu realisierenden Funktionen den gesamten Entwicklungs- und Konstruktionsprozess bestimmen. [... aus dem Text]

Der Work Space ist ein Teil eines vom BMBF-Projekt Lehrraum_digital initiierten Kommunikationsraums mit dem Ziel unterschiedliche Experten und Akteure in die Diskussion einzubeziehen. Thema sind digitalisierte Lehr- und Lernumgebungen im Kontext der Anforderungen durch die Industrie 4.0. Der Work Space bietet eine allen Teilnehmenden der GeNeMe offenstehende Feedback- und Beteiligungsmöglichkeit an der Diskussion zur Gestaltung digitaler Wissensräume und Lernwelten.

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Zunächst wird ein Überblick über berufliche Herausforderungen für Menschen in der modernen Produktentwicklung (-> Industrie 4.0) gegeben. Anschließend wird ein allgemeines Rahmenmodell beschrieben, in dem (nicht nur) psychologische Faktoren dargestellt werden, die menschliches Fühlen, Denken und Handeln beeinflussen. Im dritten Abschnitt wird ein Blick über den Tellerrand geworfen: In der Luftfahrt sind sogenannte Crew Resource Management Seminare für Besatzungen von Verkehrsflugzeugen gesetzlich verpflichtender Teil der Personalentwicklung und Weiterbildung. Es wird der Frage nachgegangen, in wieweit Zielsetzung und Inhalte dieser Seminare auf das Setting und die Bedürfnisse eines in der modernen Produktentwicklung tätigen Menschen übertragen werden können. Diese Überlegungen münden in den Ansatz des sogenannten Personal Resource Management, der den in der Produktentwicklung tätigen Menschen dabei unterstützen kann, sich der ihm zur Verfügung stehenden Ressourcen bewusst zu werden und Wege zu finden, diese Ressourcen in einem komplexen Umfeld zielorientiert abzurufen und ntsprechende Leistungen zu erbringen und gesund zu bleiben.

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Die Qualitätslenkung von Reinigungsprozessen erfordert die systematische Erfassung von Eingangs-, Prozess- und Ausgangsgrößen, für die nur teilweise Sensoren zur automatischen Messung verfügbar sind. Da die Eingangsgrößen (Verschmutzungszustand) nicht vollständig inline messbar sind und die Wirkung von Restschmutz auf den Folgeprozess – als Grundlage der Grenzwertfestlegung – nicht vollständig bekannt ist, müssen Vor- und Folgeprozesse in die Datenerfassung einbezogen werden. In diesem Vortrag erläutert Dipl.-Ing. Markus Windisch (Teamleiter Bauteilreinigung des Fraunhofer IVV Dresden) die Entwicklung einer Systemlösung zur Prozessdatenerfassung, zeigt dabei branchenspezifische Herausforderungen und den Praxisnutzen beim Einsatz auf und gibt einen Ausblick auf eine zukünftige Integration von selbstlernenden Assistenzsystemen.

Die „Industrie 4.0“ steht für eine neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Produktlebenszyklus, der sich an den zunehmend individualisierten Kundenwünschen hinweg orientiert und von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen erstreckt. Hierfür ist die Basis die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit, aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten (Ovtcharova 2016). Weiterhin lässt sich die Industrie 4.0 als durchgängige Vernetzung der Produktion und des gesamten Produktlebenszyklus mit Hilfe von Internettechnologien verstehen. Dabei sind Kunden- und Maschinendaten vernetzt (vgl. Abbildung 1). Weiterhin tauschen die intelligenten Maschinen und Systeme Informationen untereinander in Echtzeit aus. Somit verschmilzt die Produktion mit der Informations- und Kommunikationstechnik und wird von Werkstücken sowie Maschinen selbstständig, flexibel, effizient und ressourcenschonend gesteuert. Weiterhin werden die ausgetauschten Informationen und entstandenen Daten ständig geprüft, sodass es zu keiner Zeit zu einem Stillstand oder Engpass in der Produktion kommen kann. Durch die Anwendung von Industrie 4.0 entsteht ein großer Nutzen, der das Unternehmen im globalen Wettbewerb stark macht. [... aus Punkt 1]