Forschungsfeld Manufacturing and Automation

Die zeitgemäße und zukünftige Konzeption, Fertigung und Produktion von Gütern ist ein im Department Technik schwerpunkmäßig behandelter Forschungsbereich. Das Forschungsfeld Manufacturing and Automation setzt sich unter anderem mit den Themen Applied Robotics and Manufacturing, Automatisierungstechnik und Rapid Prototyping Technologies auseinander. Im Sinne einer im Rahmen von Industrie 4.0 angestrebten durchgängigen digitalen Vernetzung werden Konzepte für Lösungen erstellt, durch die ein Höchstmaß an Individualisierung sowie die wirtschaftliche Herstellung kleinster Losgrößen ermöglicht werden. Die Zusammenführung virtueller und realer Prozesse unterstützt die Realisierung einer intelligenten Fabrik durch den Einsatz Cyber Physikalischer Produktionssysteme (CPPS).  Ziel ist es den Produktlebenszyklus von Gütern von der Entwicklung über die Fertigung zu begleiten und neue Wege für die Senkung von Kosten und Zykluszeiten zu finden.

Applied Robotics and Manufacturing

Im Fokus der Robotertechnik stehen neue Arten der Programmierung und Steuerung von Industrierobotern. Ziel unserer Forschungsarbeiten ist es, Alternativen zur Steuerung und Programmierung von Industrierobotern zu entwickeln. Dabei kommen Spielekonsolencontroller genauso wie Tablet-PCs oder interaktive Brillen zum Einsatz.

Im Fokus der Robotertechnik stehen neue Arten der Programmierung und Steuerung von Industrierobotern. Die konventionelle Programmierung von Bewegungsabläufen solcher Systeme wird bei vielen HerstellerInnen durch die Verwendung eines Teachpanels mit eingebautem Touchscreen erleichtert. Damit können zurzeit Roboterarme an Maschinen und Teile, die manipuliert werden sollen, herangeführt und so auf einfachem Weg Punkte und Werkzeugbahnen eingelernt werden. Ziel unserer Forschungsarbeiten ist es, Alternativen zur Steuerung und Programmierung von Industrierobotern zu entwickeln. Dabei kommen Spielekonsolencontroller genauso wie Tablet-PCs oder interaktive Brillen zum Einsatz.

Im Bereich Manufacturing beschäftigen wir uns mit der Optimierung und Simulation von Produktionsabläufen sowie mit Automotive Technologien. Typische Simulationstools wie Mathlab® und Simulink® werden sowohl in Lehre als auch in angewandter Forschung (z. B. Projekt HMI³) eingesetzt. Ein besonderes wissenschaftliches Betätigungsfeld ist der Konstruktionswettbewerb Formula Student. In den Disziplinen Maschinenbau, Fertigungstechnik und Elektronik und Pneumatik wird gemeinsam an der Entwicklung eines benzinbetriebenen Rennwagens gearbeitet. Geplant ist eine jährliche Teilnahme am internationalen Formula Student Bewerb in Spielberg in der Steiermark. Auch eine elektrisch betriebene Variante des Studierenden-Wagens könnte umgesetzt werden.

  • Reduktion des Programmieraufwandes durch die Umsetzung intuitiver Programmierkonzepte
  • Entwicklung und Einsatz kooperativer Systeme
  • Verbesserung von Fertigungsabläufen durch den Einsatz digitaler Assistenzsysteme
  • Verbesserung der Bewegungsbahnen (Freiformflächen, etc.)

Automatisierungstechnik

In unserer Forschung konzentrieren wir uns auf Kerngebiete wie Automatisierung technischer Prozesse, Prozessleittechnik, Feldbusse, Störbeeinflussungen bei der Signalübertragung und Programmierung von Steuerungssystemen.

Die Herausforderung an die moderne Automatisierungstechnik liegt darin, die Komplexität von Prozessen zu beherrschen. Die Komplexität innerhalb von Prozessen erhöht sich aufgrund der steigenden Anzahl der Signale und der immer größeren Datenmengen. Dabei ist die Umsetzung von Maßnahmen für Sicherheit und Zuverlässigkeit ein wichtiger Aspekt, der in den Mittelpunkt der Automatisierung gerückt ist.

Die Basis der folgenden Betrachtungen bildet ein System, in dem technische Prozesse ablaufen. Aktoren steuern und regeln diese Prozesse, die Daten und Einflussgrößen werden mit Hilfe von Sensoren erfasst. Zwischen der vielfach hierarchischen Struktur der Automatisierungseinrichtungen liegt die Signalübertragung – die industrielle Kommunikation – vom technischen System zur Automatisierungseinrichtung bis hin zum Bediensystem oder Prozessleitsystem, das die unmittelbare Schnittstelle zur Person darstellt, die das System bedient.

Diese Sicht einer Automatisierungsstruktur geht von grundlegenden Überlegungen zur Automatisierungstechnik aus. Sie betrachtet das System selbst, umfasst aber auch das Projektmanagement für Automatisierungsprojekte. Diese Zusammenhänge sind in Grafik 1 angedeutet.

Ist ein technisches System umfangreicher, werden mehrere Teilsysteme zu größeren Einheiten verbunden. Diese Verbindungen können nicht nur lokal, sondern auch global betrachtet werden. So können Zulieferer für die Automobilindustrie an unterschiedlichen Standorten Teilprodukte für ein Endprodukt fertigen. 

Mit der Automatisierung soll nicht nur die Sicherheit am Arbeitsplatz gesteigert, sondern auch die Qualität der Produkte verbessert werden.

Automatisierung ist interdisziplinär und schließt auch folgende Bereiche mit ein: Maschinen- und Apparatebau, Elektrotechnik und Elektronik, Prozesstechnik, Verfahrenstechnik, Fertigungstechnik, Mess- und Regelungstechnik, Logistik, Qualitätsmanagement, Prozessmanagement und Projektmanagement.

In unserer Forschung konzentrieren wir uns auf Kerngebiete wie Automatisierung technischer Prozesse, Prozessleittechnik, Feldbusse, Störbeeinflussungen bei der Signalübertragung und Programmierung von Steuerungssystemen.

Grafik 1: Automatisierungsstruktur
Grafik 2: Umfangreicheres System

  • Automatisierung technischer Systeme
  • Verbesserung der Produktqualität
  • Verbesserung der Sicherheit am Arbeitsplatz
  • Untersuchung von Störbeeinflussung von Signalübertragungen
  • Umsetzung einer durchgehenden Digitalisierung von der Konzeption und Planung bis zur Produktion und Fertigung
  • Bedienpersonal als Augmented Operator
  • IT-Security in Produktionsanlagen
  • Anwendung von Safety-Konzepten in automatisierten Systemen

Rapid Prototyping Technologies

Rapid Prototyping ist eine Teil-Technologie zur raschen Herstellung von Musterbauteilen basierend auf 3D Daten. In unserem Fachbereich beschäftigen wir uns mit der Optimierung der generativen Fertigungsverfahren FLM und SLS durch Steigerung der Genauigkeiten und Festigkeiten und durch Vergrößern des Materialspektrums.

Rapid Prototyping ist eine Teil-Technologie zur raschen Herstellung von Musterbauteilen basierend auf 3D Daten. In unserem Fachbereich beschäftigen wir uns mit der Optimierung der generativen Fertigung, einer Variante des Rapid Prototypings.

Die generative Fertigung ist ein wichtiger Bestandteil in unterschiedlichsten Produktentwicklungszyklen. Einfache 3D-Drucksysteme nach dem FLM (Fused Layer Modeling) Verfahren sind bereits „out of the box“ sehr weit entwickelt und erzielen gute Bauteilergebnisse. Nachteilig wirkt sich bis dato jedoch die schlechte Oberflächenqualität, die geringe Genauigkeit und Festigkeit der gedruckten Bauteile aus. Bauteile, welche mittels FLM Verfahren hergestellt werden, haben technologiebedingt einen heterogenen, schichtförmigen Aufbau. Diese Bauteileigenschaft ist sowohl beim Einsatz als haptisches Anschauungsobjekt als auch für den künftig geplanten Einsatz als Funktionsbauteil von Nachteil. Seit dem Jahr 2011 arbeiten wir intensiv an der Verbesserung der Bauteilqualität von 3D-gedruckten Probekörpern. Dazu zählen beispielsweise zahlreiche Versuchsreihen mit unterschiedlichen Systemparametern (Aufschmelzleistung, Vorheizung des Bauteilträgers, verschiedenste Extruderkonfigurationen, Vorschubgeschwindigkeit des Materials, Softwareoptimierungen, Einhausung etc.). Die Vielzahl dieser Konfigurationsmöglichkeiten zeigt bereits, welche Variabilität bei aktuellen FDM-Drucksystemen möglich ist.

Neben der FLM Technologie wird seit dem Frühjahr 2014 auch der Forschungsbereich der SLS  Technologie (Selektives Lasersintern) belegt. Hier liegt das Augenmerk auf der Entwicklung hochfester Bauteile sowie dem möglichen Einsatz von Implantaten, die mittels SLS Technologie hergestellt werden.

  • Verbesserung der Oberflächenqualität, der Genauigkeit und Festigkeit von mittels FLM gefertigten Bauteilen
  • Verbesserung der Genauigkeit und Festigkeit von mittels SLS gefertigten Bauteilen
  • Vergrößern des Materialportfolios für FLM und SLS durch Untersuchung möglicher neuer Materialien
  • Verbreitung des Einsatzes von generativ gefertigten Bauteilen in andere Forschungsbereiche und Studiengänge (Radiotechnologie, Ambient Assisted Living, etc.)

Forschungsteam

Forschende

Projekte und Aktivitäten


> HMI³

Leitung: Dipl.-Ing. Dr. Heimo Sandtner

Publikationen


Infrastruktur

Robotiklabor

Das Robotiklabor der FH Campus Wien bietet die nötige technische Infrastruktur, um theoretische Konzepte aus Lehre und Forschung, aus dem Gebiet der Robotik, praktisch anzuwenden. Für die Durchführung praktischer Untersuchungen stehen unterschiedlichste Roboterplattformen zur Verfügung. Neben Sechsachs-Knickarmroboter verschiedener Hersteller können SCARA Roboter und ein Portalroboter eingesetzt werden.

Im Bereich der Forschung werden im Forschungsfeld Robotik vor allem alternative und intuitive Vorgehensweisen zur Roboterprogrammierung untersucht. Ein besonderer Schwerpunkt wird in diesem Zusammenhang auf den Themenkreis „Programmieren durch Vorzeigen“ gelegt.

Phoenix Contact Technology Competence Center

Das PhoenixLabor der FH Campus Wien bietet die nötige technische Infrastruktur, um praktische Untersuchungen im Bereich der Steuerungstechnik durchzuführen. Für den Einsatz stehen Steuerungssysteme verschiedener Hersteller zur Verfügung. Mit Hilfe von Touchdisplays können benutzerspezifische Bedienschnittstellen entwickelt und eingebunden werden. Die Systeme können frei miteinander vernetzt werden, wodurch unterschiedliche Konfigurationen erstellt und untersucht werden können.

Labor für generative Fertigung

Das Labor für generative Fertigung bietet Zugang für Produktionsmaschinen der verschiedenen generativen Fertigungsverfahren an. Neben den einfach gebauten FLM Open Source Maschinen für die Fertigung von einfachen Bauteilen steht  eine professionelle FLM Maschine für die Fertigung komplexerer Bauteile in höherer Genauigkeit zur Verfügung. Für die Fertigung von komplexen Bauteilen in Klein- und Kleinstserien steht außerdem eine industrietaugliche SLS-Maschine zur Verfügung. Hier können auch in Lehrveranstaltungen theoretisch erlernte Inhalte praktisch angewendet und vertieft werden.

Werkstätte

Die Werkstätte des Studiengangs High Tech Manufacturing an der FH Campus Wien ist in erster Linie für die Bearbeitung metallischer Werkstoffe ausgestattet. Nach einer Sicherheitsunterweisung und einer Schulung für die jeweilige Maschine können Studenten sowie Lehrpersonal die Werkstateinrichtung im Rahmen von Projektarbeiten benutzen.

Folgende Maschinen können hier verwendet werden:

  • Drehmaschine
  • Fräsmaschine
  • Ständerbohrmaschine
  • Bandsäge
  • Schleifbock
  • Bandschleifmaschine
  • Schweißgerät
  • Sandstrahlbox
  • Schwenkbiegemaschine
  • Tafelblechschere
  • Werkzeugwägen mit div. Werkzeug
  • Akkuschrauber

Studiengänge

Angewandte Elektronik

Bachelorstudium, berufsbegleitend

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Embedded Systems Engineering

Masterstudium, berufsbegleitend

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Green Mobility

Masterstudium, berufsbegleitend

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High Tech Manufacturing

Bachelorstudium, Vollzeit

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High Tech Manufacturing

Masterstudium, berufsbegleitend

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Technisches Management

Masterstudium, berufsbegleitend

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