Modulbeschreibung

Die Studierenden

• verstehen das Zusammenwirken von technischen Systemen und ihrer Teilkomponenten am Beispiel einer "Smart Factory".
• verstehen die Anwendung mechanischer, elektronischer und informationstechnischer Aspekte zur Gestaltung von Systemen.
• können die einzelnen Bestandteile des Systems benennen, beschreiben und hinsichtlich der systemtechnischen Anforderungen beurteilen.
• können Abläufe beschreiben, analysieren und neugestalten.
• können ihr fachspezifisches Wissen einbringen, erweitern und sich in interdisziplinären Problemstellungen sach- und fachgerecht mit einbringen.
• können ausgewählte Methoden des Systems Engineering in überschaubaren Projekten praktisch anwenden.
• können ihre eigenen Leistungen und Erkenntnisse überzeugend und sicher darstellen und präsentieren.

Industrie 4.0 / Cyber Physische Systeme am Beispiel «Smart Factory»

• beobachten,
• beschreiben,
• verstehen,
• beeinflussen

Informationstechnische Aspekte

• Steuerungen, Controller, Mikroprozessoren
• Vernetzung und Kommunikation
• Informationssicherheit
• Datenhaltung – Cloudbasiert

Elektronische und mechatronische Komponenten

• Sensoren
• Aktoren
• Mechanischer Aufbau

Mögliche Fehler – mögliche Ursachen - mögliche Gefahren

• Was passiert, wenn?
• Welche technischen Probleme können innerhalb des Systems auftreten?
• Welche Probleme können an den Schnittstellen auftreten?
• Wie können Probleme entdeckt und behoben werden?
• Wie können Probleme vermieden werden?

Monitoring technischer Systeme

• Zustände / Betriebsmodi
• Energieverbrauch
• Leistungserbringung
• Datenanalyse

Modellierung und Simulation technischer Systeme

• Aspekte der virtuellen Produktentwicklung
• geometrische und kinematische Modelle
• V-Modell

Während der Unterrichtsphase wird eine Projektarbeit bewertet.

Projektunterricht, geführtes Selbststudium

Die «Hybride Lernfabrik» ist ein Simulator für komplexe technische Systeme, in dem sowohl am realen Modell, als auch am virtuellen Modell theoretische Inhalte praktisch erprobt werden.
An wechselnden Beispielen und in überschaubaren Projekten werden typische Aufgaben- / Problemstellungen realer Systeme betrachtet.
Dazu gehören z.B.:
Einsatz von augmented Reality, autonome- / teilautonome Systeme, Merkmalerkennung, Merkmalüberwachung, Objekterkennung, Objektidentifikation, Objektverfolgung, logistische Abläufe, Mensch-Maschine-Kommunikation, Maschine-Maschine-Kommunikation, Monitoring / Beobachten von Systemen, Simulation von Abläufen, Steuerungen- und Regelungen, Wartungs- und Instandhaltungsproblematik.

Die Studierenden

• können ein technisches System ggf. in geeignete Teilsysteme zerlegen und deren dynamisches Verhalten durch ein mathematisches Modell beschreiben.
• können die Parameter eines realen Systems messtechnisch erfassen und das System simulieren.
• können Anforderungen an Regelkreise beschreiben und spezifizieren.
• können Regler entwerfen, aufbauen und in Betrieb nehmen.
• können die Stabilität von dynamischen Systemen beurteilen.
• können Regelkreise hinsichtlich ihres Verhaltens im Zeit- oder im Frequenzbereich optimieren.

Anwendung der Messtechnik und der Aktorik

• Messen und Modellieren der Charakteristik von Sensoren und Aktoren
• Beurteilen der Auswirkungen bestimmter Sensoren und Aktoren auf eine Regelung

Aufbau und Elemente eines Regelkreises

• Arbeiten mit Blockschaltbildern
• Kenntnis des  Standardregelkreises und seiner wesentlichen Elemente (Regler, Strecke, Mess- und Stellglieder)
• Kenntnis der wesentlichen dynamischen Grundglieder, Systeme mit und ohne Ausgleich

Anwendung von Simulationsverfahren

• Anwendung von grafischen blockorientierten Simulationsverfahren
• Simulation einzelner Elemente und des gesamten Regelkreises zur Beurteilung des dynamischen Verhaltens des realen (Gesamt-) Systems
• Einsatz von Simulationen im Rahmen des Entwurfs und der Auslegung eines Reglers
• Simulation / Einfügen nichtlinearer Elemente in den Regelkreis
• Simulation von Abtastregelungen

Anwendung mathematischer Methoden zur Regelung linearer zeitinvarianter Systeme

• Anwendung der Laplace-Transformation
• Einführung des Konzepts der Übertragungsfunktion zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens von Systemen
• Beschreibung des Übertragungsverhaltens dynamischer Systeme im Frequenzbereich, Frequenzgang und Bode-Diagramm

Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung statt.

Vorlesung, Impulsreferate, Selbststudium, Tutorübungen, Laborversuche