TY - JOUR A1 - Braun, Sebastian A1 - Cheng, Chi-Tsun A1 - Dowey, Steve A1 - Wollert, Jörg T1 - Performance evaluation of skill-based order-assignment in production environments with multi-agent systems JF - IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics N2 - The fourth industrial revolution introduces disruptive technologies to production environments. One of these technologies are multi-agent systems (MASs), where agents virtualize machines. However, the agent's actual performances in production environments can hardly be estimated as most research has been focusing on isolated projects and specific scenarios. We address this gap by implementing a highly connected and configurable reference model with quantifiable key performance indicators (KPIs) for production scheduling and routing in single-piece workflows. Furthermore, we propose an algorithm to optimize the search of extrema in highly connected distributed systems. The benefits, limits, and drawbacks of MASs and their performances are evaluated extensively by event-based simulations against the introduced model, which acts as a benchmark. Even though the performance of the proposed MAS is, on average, slightly lower than the reference system, the increased flexibility allows it to find new solutions and deliver improved factory-planning outcomes. Our MAS shows an emerging behavior by using flexible production techniques to correct errors and compensate for bottlenecks. This increased flexibility offers substantial improvement potential. The general model in this paper allows the transfer of the results to estimate real systems or other models. KW - cyber-physical production systems KW - event-based simulation KW - multi-agent systems KW - digital factory KW - industrial agents Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1109/JESTIE.2021.3108524 SN - 2687-9735 IS - Early Access PB - IEEE CY - New York ER - TY - CHAP A1 - Ulmer, Jessica A1 - Braun, Sebastian A1 - Wollert, Jörg T1 - Adaptive VR-Produktionsumgebungen für Evaluations- und Schulungstätigkeiten T1 - Adaptive VR production environments for evaluation and training purposes T2 - Automation 2021: Navigating towards resilient Production N2 - Industrie 4.0 stellt viele Herausforderungen an produzierende Unternehmen und ihre Beschäf-tigten. Innovative und effektive Trainingsstrategien sind erforderlich, um mit den sich schnell verändernden Produktionsumgebungen und neuen Fertigungstechnologien Schritt halten zu können. Virtual Reality (VR) bietet neue Möglichkeiten für On-the-Job, On-Demand- und Off-Premise-Schulungen. Diese Arbeit stellt ein neues VR Schulungssystem vor, welches sich flexible an unterschiedliche Trainingsobjekte auf Grundlage von Rezepten und CAD Modellen anpassen lässt. Das Konzept basiert auf gerichteten azyklischen Graphen und einem Level-system. Es ermöglicht eine benutzerindividuelle Lerngeschwindigkeit mittels visueller Ele-mente. Das Konzept wurde für einen mechanischen Anwendungsfall mit Industriekomponen-ten implementiert und in der Industrie 4.0-Modellfabrik der FH Aachen umgesetzt. N2 - Industry 4.0 poses many challenges for manufacturing companies and their employees. Inno-vative and effective training strategies are needed to keep pace with rapidly changing produc-tion environments and new manufacturing technologies. Virtual reality (VR) offers new oppor-tunities for on-the-job, on-demand, and off-premise training. This work presents a new VR training system that can be flexibly adapted to different training objects based on recipes and CAD models. The concept is based on directed acyclic graphs and a level system. It allows a user-individual learning speed by means of visual elements. The concept was implemented for a mechanical use case with industrial components and implemented in the industry 4.0 model factory of the FH Aachen University of Applied Sciences. Y1 - 2021 SN - 978-3-18-092392-5 U6 - https://doi.org/10.51202/9783181023921-55 SN - 0083-5560 N1 - 22. Leitkongress der Mess- und Automatisierungstechnik AUTOMATION 2021 - Navigating towards resilient Production, 29. und 30. Juni 2021 SP - 55 EP - 64 PB - VDI CY - Düsseldorf ER - TY - THES A1 - Nordmann, Alexander T1 - Prozessüberwachung beim Werkzeugschleifen von WC-Co Hartmetallschaftfräsern Y1 - 2022 PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - THES A1 - Vu, Tuan Dat T1 - Objekterkennung und Schienenerkennung in der Schienenfahrzeugtechnik Y1 - 2022 PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - CHAP A1 - Weiss, Christian A1 - Heslenfeld, Jonas A1 - Saewe, Jasmin Kathrin A1 - Bremen, Sebastian A1 - Häfner, Constantin Leon T1 - Investigation on the influence of powder humidity in Laser Powder Bed Fusion (LPBF) T2 - Procedia CIRP 12th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2022] N2 - In the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process, parts are built out of metal powder material by exposure of a laser beam. During handling operations of the powder material, several influencing factors can affect the properties of the powder material and therefore directly influence the processability during manufacturing. Contamination by moisture due to handling operations is one of the most critical aspects of powder quality. In order to investigate the influences of powder humidity on LPBF processing, four materials (AlSi10Mg, Ti6Al4V, 316L and IN718) are chosen for this study. The powder material is artificially humidified, subsequently characterized, manufactured into cubic samples in a miniaturized process chamber and analyzed for their relative density. The results indicate that the processability and reproducibility of parts made of AlSi10Mg and Ti6Al4V are susceptible to humidity, while IN718 and 316L are barely influenced. KW - LPBF KW - Additive Manufacturing KW - Powder Material KW - Humidity Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.102 SN - 2212-8271 N1 - 12th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2022], 04. September 2022 bis 08. September 2022, Fürth VL - 111 SP - 115 EP - 120 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Abbas, Karim A1 - Balc, Nicolae A1 - Bremen, Sebastian A1 - Skupin, Marco T1 - Crystallization and aging behavior of polyetheretherketone PEEK within rapid tooling and rubber molding JF - Journal of Manufacturing and Materials Processing N2 - In times of short product life cycles, additive manufacturing and rapid tooling are important methods to make tool development and manufacturing more efficient. High-performance polymers are the key to mold production for prototypes and small series. However, the high temperatures during vulcanization injection molding cause thermal aging and can impair service life. The extent to which the thermal stress over the entire process chain stresses the material and whether it leads to irreversible material aging is evaluated. To this end, a mold made of PEEK is fabricated using fused filament fabrication and examined for its potential application. The mold is heated to 200 ◦C, filled with rubber, and cured. A differential scanning calorimetry analysis of each process step illustrates the crystallization behavior and first indicates the material resistance. It shows distinct cold crystallization regions at a build chamber temperature of 90 ◦C. At an ambient temperature above Tg, crystallization of 30% is achieved, and cold crystallization no longer occurs. Additional tensile tests show a decrease in tensile strength after ten days of thermal aging. The steady decrease in recrystallization temperature indicates degradation of the additives. However, the tensile tests reveal steady embrittlement of the material due to increasing crosslinking. KW - additive manufacturing KW - fused filament fabrication KW - crystallization KW - polyetheretherketone KW - rapid tooling Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.3390/jmmp6050093 SN - 2504-4494 N1 - The article belongs to the Special Issue Advances in Injection Molding: Process, Materials and Applications VL - 6 IS - 5 SP - 1 EP - 12 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - THES A1 - Keller, Simon Mark T1 - Risikoanalyse einer bordautonomen Schienenfahrzeugortung mittels GNSS N2 - Bei Schienenfahrzeugen, die mit dem Zugsicherungssystem ETCS betrieben sind, wird die Odometrie durch eine diskrete Ortung mittels physischen Balisen zurückgesetzt. Diese Arbeit befasst sich mit der Innovation von virtuellen Balisen. Virtuelle Balisen, können eingesetzt werden, um physische, im Gleisbett montierte Balisen zu ersetzen. Durch den Einsatz von virtuellen Balisen soll der Infrastrukturausbau von ETCS vorangetrieben werden, indem sie als virtuelle Komponente auf Schienenfahrzeugen eingesetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Fragestellung beantwortet, ob eine bordautonome Zugortung mittels virtuellen Balisen in einem ausgewählten Szenario mit einem akzeptablen Risiko verbunden ist? Das Szenario besteht aus einem Schienenfahrzeug, welches mit dem Zugsicherungssystem ETCS Level 2 auf einer eingleisigen Nebenstrecke betreiben wird. Hierzu werden zunächst die Grundlagen von ETCS und der satellitenbasierten Ortung erläutert. Des Weiteren werden die Grundlagen des CSM Prozesses und der expliziten Risikoabschätzung eingeführt. Aufbauend auf diesen Grundlagen wird der CSM Prozess angewandt und dabei eine Systemdefinition mit den Schnittstellen des Systems zur Umwelt erstellt. Mit der Hazop-Methode werden die Gefährdungen der Schnittstellen erfasst und beurteilt. Die sicherheitsrelevanten Gefährdungen werden in einer FMEA bewertet. In der folgenden Diskussion werden sicherheitsrelevante Gefährdungen nochmals betrachtet. Das Ergebnis der Arbeit ist, dass im ausgewählten Szenario, unter der Verwendung der CSM-Prozesse und der industriell anerkannten Methoden Hazop und FMEA, die Integration der Board-autonomen-Ortung mit einem akzeptablen Risiko verbunden ist. Y1 - 2022 PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - CHAP A1 - Evans, Benjamin A1 - Braun, Sebastian A1 - Ulmer, Jessica A1 - Wollert, Jörg T1 - AAS implementations - current problems and solutions T2 - 20th International Conference on Mechatronics - Mechatronika (ME) N2 - The fourth industrial revolution presents a multitude of challenges for industries, one of which being the increased flexibility required of manufacturing lines as a result of increased consumer demand for individualised products. One solution to tackle this challenge is the digital twin, more specifically the standardised model of a digital twin also known as the asset administration shell. The standardisation of an industry wide communications tool is a critical step in enabling inter-company operations. This paper discusses the current state of asset administration shells, the frameworks used to host them and their problems that need to be addressed. To tackle these issues, we propose an event-based server capable of drastically reducing response times between assets and asset administration shells and a multi-agent system used for the orchestration and deployment of the shells in the field. KW - Industry 4.0 KW - Multi-agent Systems KW - Digital Twin KW - Asset Administration Shell Y1 - 2022 SN - 978-1-6654-1040-3 U6 - https://doi.org/10.1109/ME54704.2022.9982933 N1 - 20th International Conference on Mechatronics - Mechatronika (ME), 07-09 December 2022, Pilsen, Czech Republic PB - IEEE CY - New York, NY ER - TY - JOUR A1 - Ulmer, Jessica A1 - Braun, Sebastian A1 - Cheng, Chi-Tsun A1 - Dowey, Steve A1 - Wollert, Jörg T1 - Gamification of virtual reality assembly training: Effects of a combined point and level system on motivation and training results JF - International Journal of Human-Computer Studies N2 - Virtual Reality (VR) offers novel possibilities for remote training regardless of the availability of the actual equipment, the presence of specialists, and the training locations. Research shows that training environments that adapt to users' preferences and performance can promote more effective learning. However, the observed results can hardly be traced back to specific adaptive measures but the whole new training approach. This study analyzes the effects of a combined point and leveling VR-based gamification system on assembly training targeting specific training outcomes and users' motivations. The Gamified-VR-Group with 26 subjects received the gamified training, and the Non-Gamified-VR-Group with 27 subjects received the alternative without gamified elements. Both groups conducted their VR training at least three times before assembling the actual structure. The study found that a level system that gradually increases the difficulty and error probability in VR can significantly lower real-world error rates, self-corrections, and support usages. According to our study, a high error occurrence at the highest training level reduced the Gamified-VR-Group's feeling of competence compared to the Non-Gamified-VR-Group, but at the same time also led to lower error probabilities in real-life. It is concluded that a level system with a variable task difficulty should be combined with carefully balanced positive and negative feedback messages. This way, better learning results, and an improved self-evaluation can be achieved while not causing significant impacts on the participants' feeling of competence. KW - Gamification KW - Virtual reality KW - Assembly KW - User study KW - Level system Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijhcs.2022.102854 SN - 1071-5819 VL - 165 IS - Art. No. 102854 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - THES A1 - Schnitzler, Nora T1 - Identifikation und Bewertung geeigneter Mikrostrukturierungen zum Schutz von Biohybridbeschichtungen von Zahnimplantaten vor Abrasion beim Zähneputzen N2 - Die Oberflächen dentaler Implantate sind definiert durch eine raue Oberfläche, um die Integration in den menschlichen Knochen zu optimieren. Entzündungen des umgebenden Zahnfleisches zählen dabei zu den häufigsten Komplikationen nach einer Implantation. Diese Entzündungen entstehen hauptsächlich durch bakterielle Infektionen des Weichgewebes an der Implantations-Stelle. Die raue Oberfläche trägt jedoch zu einer solchen Infektion bei. Da der Implantat-Kopf zum Teil aus dem Knochen herausragt, erfolgt beispielsweise beim Zähneputzen eine Freilegung der Implantat-Oberfläche. Die durch die Rauheit vergrößerte Oberfläche bietet dabei ideale Voraussetzungen für eine Bakterienansiedlung. In der aktuellen Forschung steht die Entwicklung einer Oberfläche im Vordergrund, die eine antibakterielle Funktionalisierung erzeugt. Diese verhindert die Bakterienansiedlung und wirkt einer Entzündung entgegen. Um die Beschichtung vor Verschleiß zu schützen und ihre Lebensdauer der antibakteriellen Wirkung zu erhöhen, ist es möglich die Oberfläche mit einer Mikrostruktur zu versehen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Identifikation geeigneter Mikrostrukturierungen, die der antibakteriellen Beschichtung einen optimalen Schutz vor Verschleiß bieten. Am Beispiel von Titan-Zahnimplantaten wird der Schutz der aufgetragenen Biohybridbeschichtung gegen abrasiven Verschleiß untersucht. Im Vorfeld wird eine Analyse der fertigungstechnischen Möglichkeiten mit Blick auf dentale Implantate und Mikrostrukturen durchgeführt, um das ein passendes Verfahren zu identifizieren. Die Analogiebauteile als Probenkörper werden, mithilfe des zuvor ausgewählten Verfahrens, mit verschiedenen Mikrostrukturen versehen. Im Rahmen einer Versuchsdurchführung, die die mechanische Belastung bei einem Zahnputzdurchgang imitiert, werden die verschiedenen Mikrostrukturen auf ihre Eignung für diese Anwendung überprüft. Ein Vorversuch dient zur Identifizierung eines geeigneten Ankerpeptids, welches den bindenden Bestandteil der Biohybridbeschichtung darstellt. Aus drei zuvor ausgewählten Ankerpeptiden wird das mit der besten Adhäsionsfähigkeit herausgestellt. Im finalen Versuchsdurchlauf wird das Ankerpeptid auf die Oberflächen, die mit den Mikrostrukturen versehen sind, aufgetragen. Dabei ist das Ziel eine Mikrostruktur herauszustellen, die den höchstmöglichen Schutz bietet. Durch eine Fluoreszenzprüfung mithilfe eines Flourescence Plate Readers wird jede Kombination nach den Belastungsversuchen auf den Restanteil der Beschichtung überprüft. Das Ergebnis stellt eine Mikrostruktur dar, die den bestmöglichen Schutz bietet. Dies ist erkennbar durch den höchsten Anteil an Restbeschichtung. Eine Strukturierung mit sogenannten Micro-Grooves in Kombination mit dem MacHis-Ankerpeptid erzielte in der Analyse der Belastungssimulationen die besten Ergebnisse bezüglich des Schutzes der Beschichtung. Durch die Versuche bestätigte sich eine weitere Annahme. Die Strukturierung der Oberfläche erzielt einen deutlich höheren Schutz im Vergleich zu einer unstrukturierten Oberfläche. Zudem hat sich herausgestellt, dass eine Beschichtung mit dem sogenannten PEO-Verfahren eine deutlich größere Adhäsion der Biohybridbeschichtung erzielt. Dies wird jedoch Thema weiterführender Forschungen sein und kein Bestandteil der vorliegenden Arbeit. Y1 - 2022 PB - FH Aachen CY - Aachen ER -