Open Access

IEC 61499 ist ein Standard für die verteilte Automatisierung. Damit lassen sich Systeme designen, die eine Vielzahl von Knoten vernetzen können. Dadurch lassen sich komplexe Aufgaben in der Industrie leichter bewältigen. Um dies zu ermöglichen, müssen alle Systembestandteile miteinander kommunizieren können. Ein solches Kommunikationsnetzwerk kann dann schnell sehr komplex werden und damit schwer zu verwalten sein. Wenn es darum geht, an viele Teilnehmer Daten zu verteilen, hat sich das Publish-Subscribe Kommunikationsmuster bewährt. ZeroMQ ist eine Bibliothek, mit der über Sockets unter anderem solche Publish-Subscribe Kommunikationsnetzwerke realisiert werden können. Sie baut auf dem ZeroMQ Message Transport Protocol (ZMTP) auf. Dabei ist die Verwendung unwesentlich komplexer als mit Berkeley Sockets. 4DIAC/Forte bietet ein Framework um Applikationen nach IEC 61499 zu erstellen. In dieser Thesis wird 4DIAC/Forte und ZeroMQ vorgestellt. Es wird die Struktur einer Kopplungsschicht zwischen Forte und ZeroMQ präsentiert und implementiert. Anschließend werden Messungen von Latenz und Throughput durchgeführt, um die Performance zu evaluieren. In Forte sind traditionelle Sockets für die Kommunikation bereits implementiert. Sie unterstützen das Client-Server Muster und Publish-Subscribe mittels UDP Multicast. Mit diesen Lösungen werden die Messungen ebenfalls durchgeführt um einen Vergleich mit ZeroMQ aufzustellen. Es werden auch vorhandene Daten für DDS herangezogen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich ZeroMQ für die Kommunikation in Forte eignet und dabei hilft, die Komplexität zu reduzieren und die Handhabung zu vereinfachen.

Aufgrund des weltweit hohen Wasserverbrauches und des steigenden Rückganges des Grundwassers, wird die Aufbereitung von Abwasser in Zukunft eine immer größere Rolle spielen. Neben großen industriellen Anlagen werden auch dezentrale und mobile Techniken benötigt, um in ländlichen Regionen oder der Schiffahrt Abwässer aufbereiten zu können. In der Schiffahrt treten vor allem ölverschmutzte Abwässer auf. Diese Masterarbeit befasst sich mit dem Betrieb eines Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozesses mit Öl-Wasser-Emulsionen. Es wird der Einffluss der Ölkonzentration auf die Prozessparameter sowie die Reinheit des Kondensates und die Effizienz des Prozesses untersucht. Dabei werden mit einem Versuchsstand an der Fachhochschule Vorarlberg Messungen durchgeführt. Anhand der Ergebnisse wird auf das Verhalten des Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozesses geschlossen. Als Öl-Wasser-Emulsion wird eine Mischung aus Paraffinöl und Wasser verwendet, wobei die Mischung auf Volumenprozent basiert. Die Öl-Wasser-Gemische werden in verschiedenen Versuchsreihen in einer Versuchsanlage an der Fachhochschule Vorarlberg betrieben, welche als Befeuchtungs- und Entfeuchtungsanlage konzipiert ist. Dabei wird die Betriebsweise (Batch und kontinuierlich), die Ölkonzentration in der Emulsion und die Prozessparameter wie z. B. Beheizungsleistung variiert. Batch-Versuche werden auf die Konzentration, den Füllstand, die Kondensatproduktion und die Temperaturen über die Zeit betrachtet. Im kontinuierlichen Betrieb wird bei stationärer Betriebsführung die Wärmeübertragung im Befeuchter, Ölrückstände im Kondensat, den Einfluss der Ölkonzentration auf den Dampfdruck der Emulsion, den Einfluss der Ölkonzentration auf die einzubringende Wärmeleistung und die Gained Output Ratio (GOR) der Anlage untersucht. Zudem wird über verschiedene Integrationsansätze die ausgetragene Kondensatmenge ermittelt und mit den gewogenen Werten verglichen. Die Messungen zeigen, dass sich der Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozess für die Reinigung von Ölwassern eignet. Eine Aufkonzentrierung der Öl-Wasser-Emulsion ist bis zu ca. 95% möglich. Die steigende Ölkonzentration senkt den Wärmeübergang im Blasensäulenbefeuchter. Bei allen produzierten Kondensatmengen werden Ölrückstände festgestellt, wobei die Ölkonzentration im Kondensat unabhängig von der Ölkonzentration der Emulsion ist. Durch die schlechtere Wärmeübertragung mit steigender Ölkonzentration wird auch der Wärmeeinsatz erhöht. Die GOR wird ab einer Ölkonzentration von 50% in der Emulsion beeinflusst. Eine mathematische Berechnung der Kondensatmenge ist möglich. Dadurch kann auf die Wasserverluste in der Anlage geschlossen werden. Es ist möglich Öl-Wasser-Emulsionen im Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozess aufzubereiten. Bei höheren Ölkonzentrationen der Emulsion können lokale Probleme mit Wärmestauungen auftreten. Somit ist eine gut geplante Prozessführung anhand der gezeigten Ergebnisse vorteilhaft. Die in dieser Arbeit ermittelten Ergebnisse sind für die weitere Forschung mit Öl-Wasser-Emulsionen im Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozess hilfreich. Die Messungen zeigen, welche Einflüsse die Ölkonzentration auf den Anlagenbetrieb und die Eigenschaften der Emulsion haben. Die auftretenden Messschwierigkeiten können in weiterführenden Messungen gezielt vermieden oder adjustiert werden.

Eingebettete Systeme – wie zum Beispiel eine Multifunktions-Küchenmaschine, ein intelligenter Saugroboter oder Lautsprecher mit sprachgesteuerten Assistenten – sind für einige Menschen in der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Sie sind mittlerweile Bestandteil unseres täglichen Lebens. Doch hinter jedem System stehen auch eine Vielzahl von Anforderungen, die für die Kundinnen und Kunden, sowie Nutzerinnen und Nutzer relevant sind. Ob diese Anforderungen immer einen Mehrwert für die Kundinnen und Kunden bringen, ist dabei irrelevant. Doch wie kann gewährleistet werden, dass die zu Beginn definierten Anforderungen schlussendlich das gewünschte Ergebnis für die Kundinnen und Kunden oder Nutzerinnen und Nutzer bringt? Durch die Durchführung einer Validierung in verschiedenen Phasen der Systementwicklung können wichtige Erkenntnisse über das Produkt und dessen Funktionen vor der eigentlichen Marktfreigabe gewonnen und noch in den verschiedenen Entwicklungsphasen für Änderungen oder Verbesserungen eingeplant werden. Oft werden diese essentiellen Validierungsprozesse zu spät oder gar nicht durchgeführt, was zu unausgereiften Produktfreigaben führt, was wiederum unzufriedene Kundinnen und Kunden zur Folge haben kann. Diese Masterarbeit bietet einen Einblick, wie eine solche Validierung in Systementwicklungen integriert werden kann. Unter anderem wird eine klassische Vorgehensweise, das V-Modell, und die agile Methode Scrum betrachtet und auf mögliche Validierungskonzepte hin untersucht. Anhand eines Praxisbeispiels einer bereits durchgeführten Systementwicklung im Elektronikbereich wird gezeigt, wie die Methoden des V-Modells und Scrum in Verbindung mit der Validierung umgesetzt wurden. Die Erkenntnisse aus diesen beiden Teilen, Theorie und Praxis, werden durch Handlungsempfehlungen für Entwicklungsprojekte abgerundet.

Moderne Technische Systeme und ihre Entwicklung werden zunehmend komplexer. Durch eine Vielzahl bei der Entwicklung beteiligter Modelle/Dokumente wird eine konsistente und rückverfolgbare Modellierung erschwert. Model-Based Systems Engineering (MBSE) ist ein Ansatz, welcher diese Problemstellung adressiert und bei der Systementwicklung formale Modelle anstelle von Dokumenten einsetzt/verwendet. Im Gegensatz zu Dokumenten sind Modelle formal definiert, können automatisiert überprüft werden und ermöglichen eine leichte maschinelle Verarbeitung der Informationen. Im Zentrum der Entwicklung steht ein Systemmodell, welches mit einer formalen Modellierungssprache erstellt wurde. Während der Entwicklung entstehende Informationen werden in das Systemmodell integriert, sodass eine konsistente Single Source of Truth entsteht. Aus dem Systemmodell können über automatisierte Modelltransformationen domänenspezifische Ressourcen, wie beispielsweise Digital Twins, generiert werden. Digital Twins und die damit verbundenen Simulationen können einen deutlichen Mehrwert in Bereichen, wie Optimierung, Wartung und Anomalieerkennung liefern. Allerdings ist die manuelle Erzeugung Aufwändig und Fehleranfällig sein, weshalb eine automatische Erzeugung aus den Informationen des Systemmodells eine Erleichterung darstellt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dieser Problemstellung und der Modellierung komplexer Systeme. Es wird ein Systemmodell mit der Modellierungssprache Systems Modeling Language (SysML) erstellt, welches durch domänenspezifische Profile erweitert wird um Modellierung/Integration der Domänen zu ermöglichen. Mittels einer Modelltransformation in Acceleo werden Informationen aus dem Systemmodell in ein Simulationsmodell der Simulationssoftware twin, welche zur Simulation von Digital Twins geeignet ist, transformiert. Der in der Arbeit präsentierte Ansatz wird anhand er Modellfabrik des Forschungszentrums Digital Factory Vorarlberg veranschaulicht.

This paper analyses an electrical test tower of the OMCIRON electronics GmbH and evaluates whether a Predictive Maintenance (PdM) strategy can be implemented for the test towers. The company OMICRON electronics GmbH performs unit tests for its devices on test towers. Those tests consist of a multitude of subtests which all return a measurement value. Those results are tracked and stored in a database. The goal is to analyze the data of the test towers subtests and evaluate the possibility of implementing a predictive maintenance system in order to be able to predict the RUL and quantify the degradation of the test tower. By assuming that the main degradation source are the relays of the test tower, a reliability modelling is performed which is the model-driven approach. The data-driven modelling process of the test tower consists of multiple steps. Firstly, the data is cleaned and compromised by removing redundances and optimizing for the best subtests where a subtest is rated as good if the trendability and monotonicity metric values are above a specific threshold. In a second step, the trend behaviours of the subtests are analyzed and ranked which illustrates that none of the subtests contained usable trend behaviour thus making an implementation of a PdM system impossible. By using the ranking, the data-driven model is compared with the reliability model which shows that the assumption of the relays being the main error source is inaccurate. An analysis of a possible anomaly detection model for a PdM is evaluated which shows that an anomaly detection is not possible for the test towers as well. The implementability of PdM for test towers and other OMICRON devices is discussed and followed up with proposals for future PdM implementations as well as additional analytical analyses that can be performed for the test towers.