TY - THES

T1 - Implementierung eines Low-Cost Human-Machine Interfaces in ein Cyber Physical Production System

AU - Messner, Florian

N1 - gesperrt bis null

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - In Zeiten der Digitalisierung werden, meist angetrieben von großen Industriekonzernen, immer mehr Produktionsanlagen modernisiert und vernetzt. Mit der Industrie 4.0 entstehen voll vernetzte Smart Factories, welche durch den Einsatz von Cyber Physical Production Systems (CPPS) eine Auflösung der klassischen Automatisierungspyramide zur Folge haben. Die Implementierung neuer Digitalisierungstechnologien auf Basis der vierten industriellen Revolution wird aufgrund der meist hohen initialen Investitionskosten und benötigtem Know-how mehrheitlich von großindustriellen Unternehmen vorangetrieben. Low-Cost Intelligent Automation (LCIA) verfolgt das Ziel, die Vorteile dieser Technologien auch im kleineren Maßstab zu nutzen, was dieses Konzept auch für kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) mit geringeren finanziellen Mitteln und Fachpersonal interessant macht. Unabhängig von der Größe eines Unternehmens ist die Einbindung von Fachpersonal auf shop-floor Ebene für eine erfolgreiche digitale Transformation unerlässlich, weswegen Human-Machine Interfaces (HMI) eine zentrale Rolle in dieser Entwicklung einnehmen. Diese Arbeit beschreibt am Beispiel eines Walzwerkes die Implementierung eines solchen HMI. Durch die Entwicklung mit der Open Source-Programmiersprache Python sowie dem Einsatz günstiger, aber geeigneter Hardwarekomponenten wird die Machbarkeit von LCIA Konzepten nachgewiesen. Die vom vorhandenen CPPS generierten Rohdaten werden zur Schaffung qualitativ hochwertiger Datensätze automatisiert aufbereitet und gefiltert. Eine Graphical User Interface (GUI) ermöglicht dem Anwender die Darstellung des zeitlichen Verlaufs relevanter Prozesskenngrößen. Dadurch ist der Maschinenbediener in der Lage, auftretende Extremwerte, systematische Fehler und eingestellte Maschinenparameter für jeden durchgeführten Versuch zu visualisieren, beurteilen und gegebenenfalls darauf zu reagieren. Für die Implementierung am Lehrstuhl für Umformtechnik wurden in erster Instanz mögliche Konzepte verglichen und bewertet. Realisiert wurde die HMI-Schnittstelle mittels eines Touchscreens, welcher von einem in das lehrstuhlinterne Netzwerk eingebundenen Einplatinencomputer betrieben wird. Dieses Konzept soll in weiterer Folge die langfristige Etablierung neuer Digitalisierungstechnologien durch effektive und mitarbeiterzentrierte Visualisierung unterstützen und Möglichkeiten der effizienten und effektiven digitalen Transformation in KMUs aufzeigen.

AB - In Zeiten der Digitalisierung werden, meist angetrieben von großen Industriekonzernen, immer mehr Produktionsanlagen modernisiert und vernetzt. Mit der Industrie 4.0 entstehen voll vernetzte Smart Factories, welche durch den Einsatz von Cyber Physical Production Systems (CPPS) eine Auflösung der klassischen Automatisierungspyramide zur Folge haben. Die Implementierung neuer Digitalisierungstechnologien auf Basis der vierten industriellen Revolution wird aufgrund der meist hohen initialen Investitionskosten und benötigtem Know-how mehrheitlich von großindustriellen Unternehmen vorangetrieben. Low-Cost Intelligent Automation (LCIA) verfolgt das Ziel, die Vorteile dieser Technologien auch im kleineren Maßstab zu nutzen, was dieses Konzept auch für kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) mit geringeren finanziellen Mitteln und Fachpersonal interessant macht. Unabhängig von der Größe eines Unternehmens ist die Einbindung von Fachpersonal auf shop-floor Ebene für eine erfolgreiche digitale Transformation unerlässlich, weswegen Human-Machine Interfaces (HMI) eine zentrale Rolle in dieser Entwicklung einnehmen. Diese Arbeit beschreibt am Beispiel eines Walzwerkes die Implementierung eines solchen HMI. Durch die Entwicklung mit der Open Source-Programmiersprache Python sowie dem Einsatz günstiger, aber geeigneter Hardwarekomponenten wird die Machbarkeit von LCIA Konzepten nachgewiesen. Die vom vorhandenen CPPS generierten Rohdaten werden zur Schaffung qualitativ hochwertiger Datensätze automatisiert aufbereitet und gefiltert. Eine Graphical User Interface (GUI) ermöglicht dem Anwender die Darstellung des zeitlichen Verlaufs relevanter Prozesskenngrößen. Dadurch ist der Maschinenbediener in der Lage, auftretende Extremwerte, systematische Fehler und eingestellte Maschinenparameter für jeden durchgeführten Versuch zu visualisieren, beurteilen und gegebenenfalls darauf zu reagieren. Für die Implementierung am Lehrstuhl für Umformtechnik wurden in erster Instanz mögliche Konzepte verglichen und bewertet. Realisiert wurde die HMI-Schnittstelle mittels eines Touchscreens, welcher von einem in das lehrstuhlinterne Netzwerk eingebundenen Einplatinencomputer betrieben wird. Dieses Konzept soll in weiterer Folge die langfristige Etablierung neuer Digitalisierungstechnologien durch effektive und mitarbeiterzentrierte Visualisierung unterstützen und Möglichkeiten der effizienten und effektiven digitalen Transformation in KMUs aufzeigen.

KW - Low-Cost Intelligent Automation

KW - Industry 4.0

KW - Smart Factory

KW - Cyber Physical Production System

KW - Cyber Physical System

KW - Human-Machine Interface

KW - Human-Machine Interaction

KW - Graphical User Interface

KW - Rolling mill

KW - Low-Cost Intelligent Automation

KW - Industrie 4.0

KW - Smart Factory

KW - Cyber Physical Production System

KW - Cyber Physical System

KW - Human-Machine Interface

KW - Human-Machine Interaction

KW - Graphical User Interface

KW - Walzwerk

M3 - Masterarbeit

ER -