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Erstellt: Wed, 29 May 2024 23:04:12 +0200 in 0.1166 sec


Konzeptgestaltung für eine dauerstabile Messzange zur fehlerfreien Kontaktierung von Temperatursensoren in ein vollautomatisches Messsystem. - Ilmenau. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024

Kontaktwiderstand, Thermospannung und ungleichmäßige Wärmeverteilung sind die Hauptfehlerquellen bei der Messung von kleinen Platin-Dünnschicht-Widerstandsthermometern. Diese Masterarbeit widmet sich der Entwicklung eines Messsystems, das genaue und zuverlässige Widerstandsmessungen ermöglicht, indem eine präzise Kontaktierung der Temperatursensoren gewährleistet wird. Besonderes Augenmerk wird auf die Gestaltung einer Messzange gelegt, die für die Kontaktierung von kleinen Platinwiderständen geeignet ist. Die Arbeit präsentiert eine umfassende Analyse des Designs einer dauerfesten Messzange und diskutiert verschiedene Lösungsansätze inkl. deren Konstruktionsmerkmale und Materialien. Darüber hinaus werden Testverfahren und Bewertungskriterien diskutiert, um die Leistung und Zuverlässigkeit der Messzange zu beurteilen. Die Überarbeitung des bei der Messung verwendeten Lüfters wird ebenfalls behandelt, wobei ähnliche Entwicklungsmethoden wie bei der Messzange angewendet werden. Es wurde eine systematische Vorgehensweise gewählt, beginnend mit der Vervollständigung der Aufgabenstellung und der Definition der Anforderungen und Randbedingungen. Der Stand der Technik wurde durch Recherche wissenschaftlicher Artikel und relevanter Normen ermittelt. Einflussfaktoren auf die Messgenauigkeit wurden analysiert und Lösungsansätze mit Hilfe konzeptioneller Entwurfsmethoden erarbeitet. Dazu wurden Expertenmeinungen eingeholt und Entwürfe bewertet. Die Bewertungen erfolgten nach Messungen, wobei die gewählte Versuchsmethodik auf alle Konzeptkombinationen angewendet wurde. Die gewonnenen Daten und Erfahrungen wurden dokumentiert und Empfehlungen für zukünftige Verbesserungen formuliert.



Ludewig, Niklas;
Rüstzeitverkürzung und Flexibilitätserhöhung für den Fertigungsprozess. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024

Das BMW Group Werk Eisenach stellt den weltweit größten Werkzeugbaustandort des Unternehmens dar und ist zusätzlich Karosseriebaustandort für diverse Kleinst- und Kleinserien verschiedener Modelle der Marken BMW, Rolls-Royce, MINI und BMW-Motorrad. Die Bachelorarbeit entstand im Bereich der Teilefertigung, um im vorhandenen Presswerk Prozessverbesserungen zu erzielen. Der Pressenstraße ist ein verfahrbarer Platinenlader vorgeschaltet, welcher optional für die mechanisierte Teilefertigung genutzt werden kann. Der Schwerpunkt der Bachelorarbeit lag auf der reproduzierbaren Bauteileinlage im Ziehwerkzeug der ersten Presse. Der vorhandene Belader besitzt keine Orientierstation und ist damit technisch nicht selbstständig in der Lage, automatische Lagekorrekturen durchzuführen. Dementsprechend sind manuelle und zeitaufwändige Tätigkeiten vor Produktionsstart zu absolvieren. Im Sinne der Rüstzeitverkürzung und Flexibilitätserhöhung für den Fertigungsprozess ist es erforderlich, neue technische Umsetzungen zu analysieren und zu bewerten. Die Lösungsoptionen gliedern sich unter den direkten und indirekten Eingriff in die Produktionszeit auf. Im externen, indirekten Rüstvorgang ist das einzelne Umsetzen jeder Platine, in der vorhandenen Roboterzelle, auf das Universalgestell und anschließender interaktiver Inspektion zielführend. Im internen, direkten Rüstvorgang kann entweder ein Bildverarbeitungssystem inklusive variablem Platinengreifer integriert oder ein neuer Platinenlader mit eigener Zentrierstation angeschafft werden. Im weiteren Sinn müssen notwendige Arbeitsschritte eingekürzt, parallelisiert und umverteilt werden.



Systematische Lösungsfindung für eine Anlagenerweiterung zur Inline-Plasmaaktivierung von NTC-Bauelementen für Niederdrucksensoren. - Ilmenau. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024

Die vorliegende Arbeit behandelt die systematische Lösungsfindung einer Anlagenerweiterung für eine Fertigungseinrichtung mit einer Inline- Plasmaaktivierung. Die Robert Bosch Fahrzeugelektrik Eisenach GmbH fertigt Niederdrucksensoren für Automobilanwendungen und stattet diese mit NTC-Elementen aus. Zur Oberflächenmodifizierung und Verbesserung der Haftungseigenschaften wird die Isolierung dieser Bauelemente mit einer Plasmaanlage aktiviert. Dieser Prozess findet außerhalb der Fertigungslinie statt und im Rahmen dieser Arbeit wird ein Konzept für eine Realisierung innerhalb der Linie ausgearbeitet. Die Grundlage für die Ausarbeitung ist eine detaillierte Aufnahme der Ist-Situation und daraus abgeleitete eine Sammlung von Anforderungen an eine Inlinevariante. Mit verschiedenen Anlagenherstellern für Plasmatechnik werden mögliche Realisierungsmöglichkeiten erarbeitet und bewertet. Für die Vorzugslösung wird ein Plan zur Integration in die Fertigung erarbeitet. Unterstützt wird das Konzept mit dem Nachweis der Funktionsfähigkeit der gewählten Anlage, einem Sicherheitskonzept für den speziellen Anwendungsfall und einer umfangreichen Abschätzung von benötigten Freigaben nach Maschinenrichtlinie und internen Abläufen. Die Bachelorarbeit kann als Leitfaden mit allen nötigen Entscheidungsschritte für eine Anlagenerweiterung angesehen werden und somit auch in einem anderen Anwendungsfall im Eisenacher Werk als Vorlage dienen.-



Hampl, Manuel;
Systematik zur Ermittlung zweckdienlicher Simulationsmodelle als Basis für die Ausgestaltung von Digitalen Zwillingen . - Ilmenau. - 92 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024

Digitale Zwillinge werden für immer weiter steigenden Anzahl an Anwendungsfällen und Produktphasen eingesetzt. Dafür werden die benötigten Daten- und Systemstrukturen der Digitalen Zwillinge immer komplexer. Für eine effiziente Implementierung Digitaler Zwillinge ist eine einheitliche Entwicklungs- und Designmethode zielführend. Die größten Vorteile daran sind, dass dadurch das Fehlerpotenzial verringert wird und dass die Entwicklungszeiten und somit auch die Entwicklungskosten reduziert werden können. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, eine solche Methodik zu schaffen, die vor allem auf den Bereich der Simulationsmodelle und -tools von systembasierten Digitalen Zwillingen beschränkt wird, weil eine allgemeine Methode aufgrund der Vielfalt und Komplexität moderner Digitaler Zwillinge zu hoch gegriffen wäre. Die Systematik zur Entwicklung und zum Aufbau systembasierter Digitaler Zwillinge beginnt mit der Analyse des Realen Zwillings, geht anschließend systematisch auf die Auswahl der Anforderungen an die Architektur und Simulationsmodelle des Digitalen Zwillings ein. Anschließend wird diskutiert, wie aus diesen Anforderungen eine Auswahl der Architektur und Simulationsmodelle zustande kommen kann. Darauf aufbauend wird auf Methoden zum Aufbau einzelner Simulationsmodelle und deren Verbindungen eingegangen und abschließend das Vorgehen bei Veränderungen des Realen Zwillings und die Optimierung während der Nutzung näher beschrieben. Die Erläuterung der Systematik wird durch den beispielhaften Aufbau eines Digitalen Zwillings für ein Wellenmessgerät untermauert. Aus diesem Beispiel lässt sich ableiten, dass die Systematik für den Aufbau eines Digitalen Zwillings geeignet ist und bietet so eine zukünftige Grundlage für den Aufbau weiterer systembasierter Digitaler Zwillinge.



Höhne, Günter; Weber, Christian; Husung, Stephan
Ilmenau’s contributions to Design Science. - In: Design science, ISSN 2053-4701, Bd. 10 (2024), e2, S. 1-73

Ilmenau is a relatively small town in a beautiful landscape, close to the centre of Germany. Since 1894 it has been the home of a Technical College which after World War II and through some permutations became today’s Technische Universität Ilmenau. For 70 years the university has contributed to Design Science. It is interesting to note that the fundamentals were developed in practice, at the Carl Zeiss company in Jena; it was only later that the new ideas were further developed for academic research and teaching in Ilmenau. The origins at Zeiss Jena still account for the main application area at Technische Universität Ilmenau today: Precision Engineering which, in addition to mechanical, has always included electric, electronic, control, software, and even optical components (“mechatronics” before the term was coined). This article - written by three (out of four in total) of the professors who were and are, respectively, in charge over almost 50 out of the 70 years - tells the story of Design Science in Ilmenau: background, beginnings, development, contributions to research, teaching, and transfer to industry. As Ilmenau was situated in the German Democratic Republic (“East Germany”) between 1949 and 1990, the story is not free of political and societal implications, some of them quite surprising.



https://doi.org/10.1017/dsj.2023.33
Steck, Marco; Husung, Stephan
Surrogate-based calculation method for robust design optimization considering the fatigue probability for variable service loads of eBike drive units. - In: Designs, ISSN 2411-9660, Bd. 8 (2024), 1, 4, S. 1-39

This paper proposes a robust design-optimization approach for eBike drive units that incorporates the highly variable driver-dependent load collectives and system conditions into a fatigue calculation. In an initial step, the relevant influences and loads on the investigated system are examined and reviewed in relation to the current normative requirements. From a methodical viewpoint, this paper presents a surrogate-based simulation-based approach to assess reliability across the entire geometry according to a probabilistic fatigue calculation. The probabilistic evaluation considers the several measured load collectives of different drivers and driving scenarios to enable a robust and type-oriented bike design. In addition to methods of fatigue calculation, this approach also includes common methods of order reduction and reliability-based design optimization. To avoid additional uncertainties in the calculation, this approach considers a complex critical-plane-based multiaxial-fatigue calculation to correctly evaluate the multiaxial and non-proportional stress state across the whole geometry. A data-based surrogate model that supports the fatigue calculation by predicting the load across the given uncertainties is the key to the efficient assessment of the service life of the eBike. Lastly, the identified uncertainties in the design of eBike drive units are investigated and evaluated by this method.



https://doi.org/10.3390/designs8010004
Li, Zirui; Faheem, Faizan; Husung, Stephan
Collaborative Model-based Systems Engineering using Dataspaces and SysML v2. - In: Systems, ISSN 2079-8954, Bd. 12 (2024), 1, 18, S. 1-22

Collaborative Model-based Systems Engineering between companies is becoming increasingly important. The utilization of the modeling possibilities of the standard language SysML v2 and the multilateral data exchange via Dataspaces open new possibilities for efficient collaboration. Based on systemic approaches, a modeling concept for decomposing the system into sub-systems is developed as a basis for the exchange. In addition, based on the analysis of collaboration processes in the context of Systems Engineering, an architectural approach with a SysML editor and Dataspace for the exchange is elaborated. The architecture is implemented on the basis of open-source solutions. The investigations are based on an application example from precision engineering. The potential and challenges are discussed.



https://doi.org/10.3390/systems12010018
Erweiterung eines Wellenprüfgerätes als Demonstrator für digitale Zwillinge. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

In der Industrie 4.0 wird die Technologie des digitalen Zwillings als eine Möglichkeit gefördert, ein Objekt in der virtuellen Welt zu replizieren und in einer Vielzahl von Bereichen zu nutzen. Bei der Implementierung von digitalen Zwillingen werden genaue-re und detailliertere Daten benötigt. Wärme und Vibrationen, die während des Betriebs des Demonstrators des digitalen Zwillings entstehen, beeinflussen die Fehler in den geometrischen Messungen. Daher wurde in dieser Bachelorarbeit der Demonstrator erweitert, um Informationen über die durch den Betrieb der Maschine erzeugte Wärme und Vibration durch Sensoren für genauere Messungen und zusätzliche Informationen zu liefern. Zunächst wurde die während des Maschinenbetriebs erzeugte Wärme mit einer Wärmebildkamera gemessen und festgestellt, dass der Drehtischmotor die Hauptwärmequelle ist. Basierend auf diesem Ergebnis wurden ein Vibrationssensor, ein IR-Sensor zur Messung der Temperatur des Drehtischmotors, eine LED-Anzeige und ein Raumtemperaturfühler als Temperatursensoren am Demonstrator installiert und über einen Arduino mit einem PC verbunden, um den Demonstrator zu erweitern. Schließlich wurde eine Methode zur Lösung von Sicherheitsproblemen, die während des Betriebs der Maschine auftreten können, mit Hilfe eines Sicherheitslichtvorhangs und der Installation eines Drucksensors an der Halterung vorgestellt.



Bücker, Silvie;
Systematisierung von Kreislaufwirtschafts-Ansätzen für die zukünftige Produktentwicklung. - Ilmenau. - 108 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Systematisierung und Erweiterung bestehender Prinzipien und Richtlinien für eine kreislaufgerechte Produktentwicklung. Der Arbeitsschwerpunkt liegt hierbei auf Methoden zur Verlängerung der Produktlebensdauer durch die Anwendung von Upgrades. Der Kern dieser Arbeit ist eine Methodik zur Unterstützung der Entwicklung. Einen wesentlichen Schwerpunkt der Methodik bilden Leitfragen. Die Leitfragen dienen dazu, die Upgrade-Fähigkeit eines Produktes zu bewerten, wobei der Fokus auf der Nutzungsphase liegt. Anschließend erfolgt die Darstellung verschiedener möglicher Konzepte zur Umsetzung von Upgrades auf der Architekturebene. Nach der Detaillierung des ausgewählten Konzeptes erfolgt eine abschließende Bewertung der Auswirkungen auf die weiteren Produktlebensphasen. Die Anwendbarkeit der entwickelten Methodik erfolgt anhand eines Laptops als Produktbeispiel. Diese Methodik ist als Ergänzung zu bestehenden Verfahren gedacht und kann bereits bei der Planung von Produkten in der Produktgenerationsentwicklung eingesetzt werden. Auf Basis der Methodik können zielführend Entscheidungen zur Upgradefähigkeit und den Upgrademöglichkeiten für Produkte während der Planung und Konzeption getroffen werden.



Hasse, Alexander; Campanile, Lucio Flavio; Husung, Stephan
An AI-driven design method as basis for teaming. - In: Engineering for a changing world, (2023), 5.4.138, S. 1-9

The product development process could benefit from a synergistic human-machine teaming, potentially shortening product development cycles and improving product performance and sustainability. However, there is a lack of available methods to achieve this goal. A technical product has to satisfy numerous requirements. Due to the variety and complexity of these requirements, the design process is challenging for human engineers. While engineers are supported by various tools (e.g. FEM) for analyzing product properties, tools for computer-aided synthesis of product properties considering the corresponding requirements are still only available in exceptional cases. However, such synthesis capabilities are necessary to qualify a computer-aided tool for productive teaming with engineers. Special methods based on artificial intelligence show a high potential for general computer-aided synthesis methods. This contribution presents an innovative approach in this direction based on topology optimization techniques.



https://doi.org/10.22032/dbt.58937