Bachelorarbeiten

Zusammenfassend sei gesagt, dass die anhaltenden Trends auf den Käufermärkten, hin zu einer breiten Diversität an Produkten und einer schwer vorhersagbaren Nachfrage, Herausforderungen für die heutigen Produktionssystem darstellen. Diesen Herausforderungen wird versucht mit einer aufwendigen Anpassung des bestehenden Produktionssystems bei-zukommen. Jedoch könnte es bei den anhaltenden Trends sinnvoll sein, das Produktionssystem komplett zu überarbeiten. Diese Überarbeitung kann im Ergebnis die Einführung einer modularen Produktion zur Folge haben. Eine solche modulare Produktion benötigt flexible, abgeschlossenen und entkoppelte Prozesse, welche auch bei der Materialversorgung gegeben sein müssen. Die Frage die sich dabei stellt ist, welche Materialversorgungskonzepte sich am besten für eine modulare Fertigung eignen. Diese Frage sollte in dieser Arbeit, zumindest im groben Umfang beantwortete werden. Die Arbeit soll Empfehlungen für die Materialversorgung bestimmter Teilkategorien sichtbar machen. Diese Empfehlungen können dann genutzt werden, um anschließende potenzielle Forschungsfelder in den Fokus zu bringen. In der Arbeit wurde ein Vergleich zwischen sechs verschiedenen Materialversorgungskonzepten angestellt. Bei den verglichenen Materialversorgungskonzepten handelt es sich um die Konzepte des Gabelstaplers, FTF, Routenzugs, Warenkorbs, Kombination aus Warenkorb und Gabelstapler, und Kombination aus Routenzug und FTF. Beim Vergleich der Ergebnisse der Simulationen, lassen sich folgende Schlussfolgerungen anstellen. Zum einen scheint, bei der Betrachtung des absoluten Outputs, das Warenkorbkonzept zum Teil klar im Vorteil zu liegen. Je nach umgesetztem Konzept können die Outputzahlen der Simulationen um ein Drittel höher liegen als bei den andern Materialversorgungskonzepten. Eine näher Untersuchung des Warenkorbkonzepts ist jedoch nicht möglich, da es die Modellierung vorgelagerter Arbeitsschritte erfordern würde. Deswegen konnte sich bei der tiefergehenden Analyse der Daten nur auf die restlichen Konzepte berufen werden. Bei der weiteren Analyse der Daten stellt sich heraus, dass die Konzepte mit Beteiligung eines Routenzugs, am besten für unspezifische Teile geeignet sind. Der Grund liegt im hohen Durchsatz dieser Materialversorgungstechnik (Routenzug), welche sich am besten auf starre und wiederkehrende Bedürfnisse einstellen lässt. Aus den Daten bildet sich jedoch auch heraus, dass die spezifischen Teile am besten mit Materialversorgungskonzepten transportiert werden sollten, welche eine Lieferung auf Abruf ermöglichen. Diese Konzepte sind deutlich effizienter bei der Versorgung spezifischer und flexibler Bedürfnisse der Stationen. Jedoch bildet sich, gerade bei der Betrachtung der Wartezeit der Stationen, nicht die erwartete Überlegenheit der kombinierten Konzepte heraus. Was an der Blockade der Transportmittel untereinander liegen könnte (Routenzug und FTF).

Diese Arbeit beinhaltet eine Analyse und Optimierung verschiedener Grundlayouttypen innerhalb eines modularen Montagesystems. Den Einstieg bildet die Motivation und Problemstellung, die Zielstellung, die Methodik und der Einblick in den Aufbau der Arbeit. Im Anschluss daran erfolgt eine kurze Definition der themennahmen Fachbegriffe. Die Ergebnisse des Literatur-Reviews bilden die Grundlage für den aktuellen Stand der Forschung, welcher dem Leser einen Einblick in die Thematik(en) verschafft. Zentraler Bestandteil des darauffolgenden Abschnitts ist die Vorstellung der verschiedenen Layoutvarianten und der dazugehörigen Einschätzung hinsichtlich der Umsetzbarkeit in einer typischen Produktionsumgebung. Daran anschließend thematisiert der fünfte Abschnitt die Vorstellung des erstellten prototypischen Anwendungssystem, welches grundsätzlich auf dem Modell des Fachgebietes der Informationstechnik in Produktion und Logistik basiert, und dem verwendeten Experimentdesign. Ziel ist die Schaffung einer transparenten Vergleichsgrundlage für das nachfolgende Kapitel. Nach der Analyse der erzeugten Simulationsdaten vollendet das Aufzeigen von vorhandenen Optimierungspotenzialen das sechste Kapitel. Im letzten Abschnitt der Arbeit erfolgt eine kurze Zusammenfassung und ein Ausblick auf anschließende Forschungsfragen.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Metalearning als eine der Methoden des automatisierten Machine Learning. Die Hauptaufgabe des Metalearning ist es, Wissen aus vorherigen Erfahrungen zu generieren und es auf neue Aufgaben anzuwenden. Dabei werden die Machine Learning Modelle nicht von Grund auf neu entwickelt, sondern auf Basis Daten aus vorherigen Lernerfahrungen Außerdem wird das Metalearning unterstützend für die Empfehlung von Algorithmen, Parametern oder Konfigurationen eingesetzt. Im Rahmen der Arbeit wurde eine umfassende State-of-the-Art Review durchgeführt und aufbereitet. Dazu wurden die Prozessschritte einer Machine Learning Pipeline analysiert und die Teilbereiche mit dem größten Automatisierungspotenzial in Bezug auf die Verwendungsmöglichkeit des Metalearning identifiziert. Des Weiteren wurde Metalearning genauer definiert und die Funktionsweise eines Metalearning-Systems beleuchtet. Hierfür wurden zwei Ausprägungen eines Metalearning-Systems geschildert und ausführlich aus der Perspektive des Wissenserwerbs und der Empfehlung der angeforderten Artefakten bei den neuen Lernaufgaben erklärt. Weiterhin wurden drei zentrale Recherchen der Kategorisierung von Metalearning Methoden und Techniken analysiert, die sich in ihrem Vorgehen unterscheiden. Der erste Ansatz, die Methoden des Metalearning zu unterteilen, basiert auf der Referenzarchitektur eines Empfehlungssystems. Der zweite Ansatz beruht auf der Kategorisierung nach Quellen der Metadaten und erweitert somit die erste Unterteilung. Die dritte Kategorisierung stützt sich auf Arten der Metalearning-Algorithmen, die mithilfe von neuronalen Netzen zum Einsatz kommen. Des Weiteren wurde ein Metalearning-System für die Empfehlung der Algorithmen in Betracht gezogen und analysiert. Dabei besteht das Empfehlungssystem aus einer Datenbank mit Metadaten, die aus den vorherigen Lernerfahrungen aufbereitet wurden und einem Metalearning-Algorithmus, der die Metadaten zu neuen Datensätzen mappt. Das Empfehlungssystems kann auf weitere Anwendungsfälle wie die Auswahl und das Ranking von Hyperparamatern oder neuronaler Architektur angewendet werden. Neben dem Empfehlungscharakter kann das Metalearning auch für die Wissensübertragung im Bereich Transfer Learning sowie Few-Shot Learning zum Einsatz kommen. Abschließend wurde eine Zusammenfassung der analysierten Einordnung erstellt und im Zusammenhang mit der automatisierten Algorithmen- und Hyperparameterauswahl aufbereitet. Darauf aufbauend wurde ein Forschungsbedarf abgeleitet.

Innerhalb der HENKEL + ROTH GmbH wird ein mobiler Roboter mit variablen Handhabungseinrichtungen entwickelt. Die hauptsächlichen Steuerungseinrichtungen dieses cyberphysischen Systems (CPS) sind eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und das Robot Operating System (ROS). Zum Austausch von Informationen wird in diesem CPS eine vom Unternehmen entwickelte Schnittstelle basierend auf dem Modbus-Protokoll verwendet. Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, unter Verwendung der Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA), eine alternative Schnittstelle zwischen diesen Steuerungen zu entwickeln. Dazu werden der mobile Roboter und die bestehende Modbus-Schnittstelle analysiert. Anschließend wird auf Basis der Analyseergebnisse ein OPC UA-Informationsmodell aufgestellt und in einem Testaufbau implementiert sowie evaluiert. Die Implementation und Evaluation zeigen Rahmenbedingungen auf, die für diese Schnittstelle zwischen ROS und SPS gegeben sein müssen. Weiterhin zeigt diese Arbeit, dass die entwickelte OPC UA-basierende Schnittstelle zwischen ROS und SPS funktionsfähig ist, aber unter den gegebenen Rahmenbedingungen kaum Vorteile gegenüber der Modbus-Schnittstelle bietet.

In der moderneren Fertigung werden durch die Digitalisierung und im Zuge von Industrie 4.0 stetig mehr Daten generiert. Diese großen und komplexen Datenmengen lassen sich nicht mehr mit Standardanwendungen analysieren. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, mit Hilfe eines Visual-Analytics-Systems die technischen Betriebsdaten eines seriellen Fließproduktionssystems zu analysieren, um Ausbringungsverluste sowie deren Ursachen zu identifizieren und dabei zu unterstützen diese zu reduzieren. Es wurde ein Konzept für ein Visual-Analytics-System erarbeitet, welches erfolgreich an einer Produktionslinie in einem Produktionsbetrieb prototypisch implementiert und evaluiert wurde. Das Visual-Analytics-System wurde als webbasiertes System implementiert, mit der Möglichkeit weitere Produktionslinien zu integrieren. Mit dem neuen entwickelten Visual-Analytics-System konnten neue Erkenntnisse erlangt werden, die zur Verringerung der Ausbringungsverluste des Fließproduktionssystems beitragen. Das Visual-Analytics-System ist erweiterbar und weist noch ein großes Potential für weitere Entwicklungen auf.