CRT - Campus Research & Transfer
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Digitalisierung ist heute allgegenwärtig. Wo im Privaten bereitwillig neue digitale Tools, Apps und Funktionen genutzt werden, tun sich Unternehmen in der Umsetzung von Digitalisierungsprojekten oft schwer. Dieser Beitrag beleuchtet die Motive für Digitalisierungsvorhaben, ihre Hürden sowie die Auswirkung auf die Arbeitsbelastung von Mitarbeitenden und versucht in der Verknüpfung mit den Grundprinzipien des Kontinuierlichen Verbesserungsprozesses, Handlungsempfehlungen für eine erfolgreiche Umsetzung dieser abzuleiten.
Forschung im Fokus 2023
(2023)
Es wird der Einsatz von Doppelschichtkondensatoren mit Kapazitäten bis zu 1500 F für den Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik und der Umwelttechnik diskutiert. Dabei werden sowohl die Verwendung zur Entlastung der Batterie bei Stromspitzen wie auch die Einsatzmöglichkeiten in alltagstauglichen Hybridfahrzeugen beleuchtet. Voraussetzung ist die Kombination mit einer ausgereiften Leistungselektronik. Doppelschichtkondensatoren verfügen über eine Leistungsdichte von derzeit etwa 2 Wh/kg, wobei weitere Steigerungen zu erwarten sind. Damit sind sie als Ergänzung oder sogar als Ersatz für Akkumulatoren einsetzbar. Da die Spannung vom Ladezustand abhängig ist, muß eine genaue Überwachung und Regelung stattfinden, andererseits wird dadurch die Ladezustandsdiagnose erheblich vereinfacht. Durch Kondensatorpufferung mittels Stellglied kann die Batterie bei starken Lastwechseln entlastet werden. In Elektrofahrzeugen läßt sich so die hohe Beschleunigungsleistung erbringen, die Batterie kann dann schwächer ausgelegt werden. Auch kann sich die Bremsenergie durch Kondensatoren besser zurückgewonnen werden. Die Möglichkeit der Entladung bis auf 0 V eröffnet ein wesentlich größeres Spannungsfenster. Der Einsatz in Hybridfahrzeugen mit kombiniertem Elektroantrieb/Verbrennungsmotor wird noch untersucht. Zur Untersuchung der elektronischen Systeme wurde ein Simulationsprogramm entwickelt, mit dem u. a. die Abhängigkeit von Energiedichte und spezifischer Konstantleistung als Ragone-Diagramm dargestellt werden kann.
Im Institut für angewandte Forschung (IAF) der FH Offenburg wird derzeit eine Chipkarte entwickelt, mit der Temperaturzeitreihen über längere Zeiträume aufgezeichnet werden können. Die zur Datenerfassung erforderlichen Systemkomponenten sind auf nur einem Halbleiterchip zusammengefaßt, wodurch sich bei großen Produktionsstückzahlen ein sehr niedriger Herstellpreis erzielen läßt. Die 'Thermologger' genannte Chipkarte kann zudem mit Standard-Chipkartenlesern und einer dedizierten Software auf jedem PC konfiguriert, gelesen und ausgewertet werden.
In den Unternehmen der Automobilbranche herrscht ein beträchtlicher Rationalisierungsdruck mit einem daraus folgenden hohen Automatisierungsgrad. Den erheblichen Investitionen in modernste Fertigungstechnologien und Montageanlagen steht zunehmend die Forderung eines Return of Investment mit zweistelligen Prozentsätzen gegenüber. Betriebliche Abläufe und Fertigungsprozesse werden daher sehr detailliert geplant, wobei 'minutiöse' Planungen oftmals nur die Beherrschung komplexer Prozeßabläufe vortäuschen. Ungeplante Einflußfaktoren und Störungen lassen manche Planung schnell zu Makulatur verkommen.
Geschäftsprozeßmodellierung und dynamische Simulationen von Fertigungsprozessen mittels zeitbewerteter Petri-Netze, bieten ausgezeichnete Möglichkeiten, komplexe Zusammenhänge transparenter zu machen und neue Erkenntnisse über die Einflüsse von Störungen oder Qualitätsschwankungen auf die Produkt- und Prozeßqualität zu erhalten. In einem Teilbereich der Produktion der Daimler-Benz AG in Gaggenau wurden Qualitätsstörungen und ihre Wirkungen auf den Fertigungsprozeß von Drehmomentwandlern untersucht. Die im Fertigungsverlauf auftretenden qualitätsbeeinflussenden Störungen wurden in Petri-Netz-Modellen abgebildet und in diversen Szenerien simuliert. Die Auswirkungen auf die Anlagenverfügbarkeit, Durchlaufzeiten, Lagerstrategien und die Kostensituationen wurden verdeutlicht und erste Maßnahmen mit den zugehörigen Voraussetzungen aufgezeigt.
The growing demand for active medical implantable devices requires data and or power links between the implant and the outside world. Every implant has to be encapsulated from the body by a specific housing and one of the most common materials used is titanium or titanium alloy. Titanium thas the necessary properties in terms of mechanical and chemical stability and biocompatibility. However, its electrical conductivity presents a challenge for the electromagnetic transmission of data and power. The proposed paper presents a fast and practical method to determine the necessary transmission parameters for titanium encapsulated implants. Therefore, the basic transformer-transmission-model is used with measured or calculated key values for the inductances. Those are then expanded with correction factors to determine the behavior with the encapsulation. The correction factors are extracted from finite element method simulations. These also enable the analysis of the magnetic field distribution inside of the housing. The simulated transmission properties are very close to the measured values. Additionally, based on lumped elements and magnetic field distribution, the influential parameters are discussed in the paper. The parameter discussion describes how to enhance the transmitted power, data-rate or distance, or to reduce the size of the necessary coils. Finally, an example application demonstrates the usage of the methods.
A platform of an electronic capsule is being developed for multi-task medical assistant application. It includes a near field telemetry unit for bidirectional communication system of 115 KHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The system triggers an actuator for drug delivery in various time and release forms via wireless external control, it has the ability to record temperature, measure pH of the body (additional sensors), and retrieve data to the outside. It consists of a 32bit processor, memory, external peripheries, and detection facility. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25mm. The system is designed, simulated and emulated on FPGA. A final layout of the complete chip design is still under progress.
Aktiver RFID-Sensor
(2008)
Das in Schramberg ansässige Unternehmen Schweizer Electronic, einer der großen europäischen Leiterplattenhersteller, hat sich ein neues Geschäftsfeld als Systemlieferant für mikroelektronische Geräte erschlossen. Gemeinsam mit dem Institut für Angewandte Forschung der Hochschule Offenburg und Siemens hat das Unternehmen einen Datenlogger mit einer ISO 15693 kompatiblen 13,56 MHz RFID-Luftschnittstelle zur Serienreife entwickelt. Die SEAGsens Temperaturmessgeräte aus der Vorserienproduktion haben die ersten Feldtests erfolgreich bestanden. Die Großserienproduktion wird noch in diesem Jahr anlaufen.
A new electronic capsule with bidirectional communication system is being developed for multi-task application. The capsule is designed to be a platform for medical assistant application inside the body. The designed telemetry unit is a synchronous bidirectional communication block using continuous phase DQPSK of 115 kHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The communication system can assist the electronic pill to trigger an actuator for drug delivery, to record temperature, or to measure pH of the body. It consists additionally to a 32bit processor, memory, external peripheries, and detection facility. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25mm. The system is designed, simulated and emulated on FPGA. A final layout of the complete chip design is still under progress.
Remote measurement of the physiology, so-called biotelemetry, is a key technology in the modern veterinary medicine. The usage of wireless implants has less impact on the behavior of animals than manual measurement methods and cause less disturbance than wired devices. But, common biotelemetry still uses proprietary communication and power concepts focused on small systems with one animal. Therefore, the University of Applied Sciences Offenburg is developing a low-cost RFID system called muTrans1, which is able to measure ECG, pressure, temperature, oxygen saturation and activity. The muTrans uses an own RFID sensor transponder and standardized commercial components and combines them to a scalable RFID system able to build-up RFID sensor networks with a nearly unlimited size.
In this paper, a complete passive transponder device has been discussed which is meant to monitor leakage in silicone breast implants. The passive tag operates in the HF frequency range of 13.56MHz using RFID ISO 15693 standard. The complete system consists of the transponder, reader and a PC. This paper focusses on the development of such a state of the art passive RFID transponder to monitor the wellness of the silicone breast implants periodically in order to detect leakage in the same. Keyword: RFID (Radio frequency identification device), EM (Electromagnetic) field, Passive Transponder, Silicone breast implants.
In this paper, the influence of the material hardening behavior on plasticity-induced fatigue crack closure is investigated for strain-controlled loading and fully plastic, large-scale yielding conditions by means of the finite element method. The strain amplitude and the strain ratio are varied for given Ramberg–Osgood material properties representing materials with different hardening behavior. The results show a pronounced influence of the hardening behavior on crack closure, while no significant effect is found from the considered strain amplitude and strain ratio. The effect of the hardening behavior on the crack opening stress cannot be described by existing crack opening stress equations.
In this paper, the effect of the polycrystalline microstructure on crack-tip opening displacement and crack closure is investigated for microstructural short plane strain fatigue cracks using the finite-element method. To this end, cracks are introduced in synthetically generated microstructures and the grain properties are described using a single crystal plasticity model with kinematic hardening. Additionally, finite-element calculations without resolved microstructure and von Mises plasticity with kinematic hardening are performed. Fully-reversed strain-controlled cyclic loadings are considered under large-scale yielding conditions as typical for low-cycle fatigue problems. The crack opening stress and the cyclic crack-tip opening displacement are significantly influenced by the local grain structure. While the stabilized crack opening stresses obtained with the microstructure-based finite-element model are in good accordance with the von Mises plasticity results, the differences in the cyclic crack opening displacement are addressed to the asymmetric plastic strain fields in the plastic wake behind the crack-tip of the microstructure-based model. The asymmetric plastic strain fields result in discontinuous and premature contact of the crack flanks.
Forschung im Fokus 2022
(2022)
Forschung im Fokus 2021
(2021)
Short-term load forecasting (STLF) has been playing a key role in the electricity sector for several decades, due to the need for aligning energy generation with the demand and the financial risk connected with forecasting errors. Following the top-down approach, forecasts are calculated for aggregated load profiles, meaning the sum of singular loads from consumers belonging to a balancing group. Due to the emerging flexible loads, there is an increasing relevance for STLF of individual factories. These load profiles are typically more stochastic compared to aggregated ones, which imposes new requirements to forecasting methods and tools with a bottom-up approach. The increasing digitalization in industry with enhanced data availability as well as smart metering are enablers for improved load forecasts. There is a need for STLF tools processing live data with a high temporal resolution in the minute range. Furthermore, behin-the-meter (BTM) data from various sources like submetering and production planning data should be integrated in the models. In this case, STLF is becoming a big data problem so that machine learning (ML) methods are required. The research project “GaIN” investigates the improvement of the STLF quality of an energy utility using BTM data and innovative ML models. This paper describes the project scope, proposes a detailed definition for a benchmark and evaluates the readiness of existing STLF methods to fulfil the described requirements as a reviewing paper.
The review highlights that recent STLF investigations focus on ML methods. Especially hybrid models gain more and more importance. ML can outperform classical methods in terms of automation degree and forecasting accuracy. Nevertheless, the potential for improving forecasting accuracy by the use of ML models depends on the underlying data and the types of input variables. The described methods in the analyzed publications only partially fulfil the tool requirements for STLF on company level. There is still a need to develop suitable ML methods to integrate the expanded data base in order to improve load forecasts on company level.
Forschung im Fokus 2020
(2020)