TECHNICAL REPORT AUTOMATISIERUNGSTECHNIK IT & IT MARKETING 1/2005. don t stop thinking about tomorrow

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1 TECHNICAL REPORT AUTOMATISIERUNGSTECHNIK IT & IT MARKETING Zukünftig verstärkter Einsatz von PXI-Systemen am CAMPUS 02 Konfigurieren statt Programmieren Entwicklung nachhaltiger technischer Systeme Das richtige Instrumentierungskonzept? 8bit Entwicklungsboards the next generation It s not a game Koffein, Kork & CO 2 Schnelle Verarbeitung großer Datenmengen Der Springbrunnen des Gaius Plinius Die Alchemie des 20. und das Gold des 21. Jahrhunderts Erfolgsrezept UnitTests EAI meets Systems Thinking: A Holistic Approach don t stop thinking about tomorrow

2 The Spirit of CAMPUS THE SPIRIT OF CAMPUS Der CAMPUS 02 ist ein Gefühl. Der CAMPUS 02 bedeutet für uns keine Institution, sondern die Überzeugung, dass wir gemeinsam etwas schaffen können: Eine Ausbildung von Qualität, die sich international ausrichtet und mit den besten Europas misst. Semper et ubique. CAMPUS 02 ist kein Bauwerk oder Grundstück. Der CAMPUS 02 ist immer dort, wo eines seiner Mitglieder sich gerade aufhält. Der CAMPUS 02 ist eine Idee, die Studierende, Lehrende und alle, die dem CAMPUS 02 verbunden sind, auch zum Arbeitsplatz oder zum Wohnort begleitet. Es lebe der Wettbewerb. Die Lust auf Konkurrenz liegt im Wesen des CAMPUS 02. Ebenso wie das Vertrauen in die Fähigkeiten seiner Mitspieler. Nur wer sich gern mit anderen misst, wird die Idee des CAMPUS 02 weiter vorantreiben. Und nur wer dabei an den Erfolg des Teams glaubt, wird auch selber welchen haben. Unternehmen statt Unterlassen. Im Sinn des Wettbewerbgedankens ist der CAMPUS 02 Trainingszentrum für unternehmerisches Denken. Der CAMPUS 02 ist aber kein in sich geschlossenes autarkes System, sondern er funktioniert als eine Art Transferzentrum nur im ständigen Austausch mit der Wirtschaft. CAMPUS 02 in progress. CAMPUS 02 lebt besonders vom Gestaltungswillen seiner Mitglieder. Eine wesentliche Eigenschaft am CAMPUS 02 ist daher der Mut zur Veränderung. Sollte jemals der Eindruck entstehen, der CAMPUS 02 habe nun sein Ziel erreicht, gilt es eben, sich neue Ziele zu stecken. 2

3 Vorwort Aufbruch in ein neues Zeitalter Udo Traussnigg, Alfred Zindes Sehr geehrte Studierende, AbsolventInnen, Lehrende, UnternehmerInnen! Liebe Leserinnen, liebe Leser! Das Erscheinen dieser Ausgabe des TECHNICAL REPORTS steht diesmal unter besonderen Vorzeichen. Am CAMPUS 02 geht eine Ära zu Ende und eine spannende neue beginnt. Ab Herbst 2005 werden die beiden, bisher sehr erfolgreich geführten technischen FH-Diplomstudiengänge am CAMPUS 02 in das gestufte System der Bakkalaureats- und Magisterstudiengänge übergeführt. Im September 2005 starten die ersten FH-Bakkalaureatsstudiengänge, die ersten FH-Magisterstudiengänge werden im September 2008 anlaufen, die FH-Diplomstudiengänge werden in den nächsten 3 Jahren auslaufen. Diese Überführung der FH-Studiengänge in das gestufte System ist einerseits bedingt durch bildungspolitische Prozesse (wie z.b. den Bologna Prozess), andererseits ist sie motiviert durch diverse Stellungnahmen aus Wirtschaft und Wissenschaft vgl. z.b. das IV (Industriellen Vereinigung)-Memorandum der österreichischen Industrie zur Umstellung auf die internationale Studienstruktur Bachelor, Master, PhD in Österreich. Die Umstellung bietet neue Chancen und Herausforderungen für alle Beteiligten. Wir, die Studiengangsleiter der beiden technischen Studienrichtungen am CAMPUS 02, denken, dass diese Veränderung der Ausbildungsstrukturen nicht nur unseren Studierenden und BewerberInnen, sondern auch den Unternehmen, die unsere AbsolventInnen zukünftig beschäftigen, Vorteile bringen wird. Wir sind jedoch auch zu Recht stolz so belegen uns Rückmeldungen von AbsolventInnen und aus der Wirtschaft auf die bis dato 196 AbsolventInnen unserer beiden technischen FH-Diplomstudiengänge, zu denen ab Herbst 2005 weitere 56 hinzukommen werden. Deren Leistungen und die Qualität der bisherigen Ausbildung müssen für uns natürlich Messlatte bleiben, um als Ausgangspunkt für weitere Verbesserungen zu dienen. In dieser Ausgabe des TECHNICAL REPORTS gibt es abgesehen von einem ausführlichen Bericht über Details und Hinterdründe der oben angesprochenen Überführung in das gestufte System der Bakkalaureats- und Magisterstudiengänge wie immer Einblicke in unsere zahlreichen F&E- Aktivitäten, Berichte über laufende und bereits erfolgreich abgeschlossene Projekte am CAMPUS 02, einen Überblick über die Diplomarbeiten unserer angehenden AbsolventInnen, die wir wie jedes Jahr kommenden Februar im Rahmen der Veranstaltung Innovation of Automation näher vorstellen werden, und natürlich auch in der Rubrik CAMPUS LIFE viele Berichte über das bunte Studienleben (Exkursionen, Studienreisen, Rot-Kreuz-Spiel etc.), die über die zahlreichen, studienbezogenen und -begleitenden Aktivitäten unserer Studierenden Auskunft geben. Natürlich gibt es auch diesmal wieder ein Mathe-King Gewinnspiel und auch ein Beitrag des CAMPUS 02 Community Clubs darf nicht fehlen. Aufgrund des Erscheinungszeitpunktes dieser Ausgabe des TECHNI- CAL REPORTS bleiben natürlich einige spannende Events so beispielsweise die Sponsion der Jahrgänge AT 01 und IT 01 im September 2005 oder die Bekanntgabe der Namen der neuen CAMPUS 02 Captains der nächsten Ausgabe vorbehalten. DI Dr. techn. Udo Traussnigg Mag. Alfred Zindes Studiengangsleiter am CAMPUS 02 Bis dahin aber zunächst eine schöne Sommerzeit! Viel Spaß bei der Lektüre des TECHNICAL REPORTS wünschen Ihnen herzlichst Dipl.-Ing. Dr. techn. Udo Traussnigg Studiengangsleiter FH-Studiengang Automatisierungstechnik Mag. Alfred Zindes Studiengangsleiter FH-Studiengang IT & IT- Marketing Vorwort 3

4 Inhalt Inhalt IT & IT Marketing Automatisierungstechnik Reports Automatisierungstechnik Zukünftig verstärkter Einsatz von PXI-Systemen am CAMPUS 02 Manfred Pauritsch...6 Konfigurieren statt Programmieren Innovative Messgeräteeinbindung in Automatisierungsanlagen Anton Scheibelmasser...7 Entwicklung nachhaltiger technischer Systeme Innovationsmethodik und Technologieauswahl zur nachhaltigen Produktentwicklung Anton Scheibelmasser...8 Das richtige Instrumentierungskonzept? Single Chip FLASH-Controller zur Implementierung intelligenter Instrumentierungskonzepte Anton Scheibelmasser...9 8bit Entwicklungsboards the next generation Über neue 8bit Microcontrollerboards und deren Anwendung in Lehre, Forschung und Praxis Josef Humer...10 It s not a game MINDSTORM TM Robotic Invention System TM von LEGO Wolfgang Koren...12 Koffein, Kork & CO2 Einsatzmöglichkeiten von überkritischen Fluiden Thomas Gamse...14 Schnelle Verarbeitung großer Datenmengen CPLD-programmierbare Logikbausteine Wolfgang Demmel, Franz Hanauer...15 Der Springbrunnen des Gaius Plinius Konzeption eines Simulationsmodells unter Matlab-Simulink Gernot Hofer...16 Diplomarbeiten im Jahr 2005 am CAMPUS 02 FH-Studiengang Automatisierungstechnik, Jahrgang Reports IT & IT Marketing Die Alchemie des 20. und das Gold des 21. Jahrhunderts Erfolgsrezept UnitTests Gerhard Fließ...20 IT-Vorlesung auf Top-Niveau...21 EAI meets Systems Thinking: A Holistic Approach Karl Flieder...22 Diplomarbeiten im Jahr 2005 am CAMPUS 02 FH-Studiengang IT und IT-Marketing, Jahrgang Conferences Information Security Solutions Europe (ISSE) IATEFL BESIG International Conference...28 European Accessible Information Network (EUAIN) KERP Tagung eco-x: ecology and economy in electronix

5 Inhalt CAMPUS Inside Entrepreneurship Ich bin studierter Praktiker Michael Meister im Interview mit Martin Rothbart...30 Projekte Simulation die Technik für F&E Projektaufbau und -durchführung unter ITI-Software (ITI-Sim 3.6) Martin Dornhofer, Axel Grabmeier...32 Kooperation A leap ahead austriamicrosystems Experten im Analog Sonja Pieber-Hascher...34 Teaching Replay film clips for a better performance in class Elke Beder...35 News Der europäische Hochschulraum Udo Traussnigg...36 Vorwort IT & IT Marketing Automatisierungstechnik Entrepreneurship Projekte Kooperation Teaching CAMPUS Life Events am CAMPUS 02 Hannover Messe Reisebericht Franz Stary...38 CeBIT Hannover 2005 Erlebnisbericht Oliver Lorberau, Vittorio Muth, Harald Schenner, Heinz-Peter Stering, Josef Strohmaier.39 AT02 besichtigt den Plabutschtunnel Markus Gruber...41 Neue Erfahrungen in jeder Hinsicht Studienreise 2005 Dublin Wolfgang Demmel...42 Exkursion zur Siemens SGP Verkehrstechnik Jürgen Menhart...43 Gewinnspiel Erste Hilfe am CAMPUS Über das diesjährige Rot-Kreuz-Spiel am CAMPUS 02 Helmut Aschbacher Mathe-Quiz Gabriele Imrich-Schwarz...45 CAMPUS 02 Community Club Networking Martin Rothbart...47 News Events Gewinnspiel Personalities C02CC Impressum Rubriken The Spirit of CAMPUS...2 Vorwort: Aufbruch in ein neues Zeitalter Udo Traussnigg, Alfred Zindes...3 Unsere Zukunft wird immer durch die Technik bestimmt Peter Hochegger...40 Neue Lehrende...46 Next Events...46 Leserpost...46 Impressum

6 Reports Zukünftig verstärkter Einsatz von PXI-Systemen am CAMPUS 02 Manfred Pauritsch Automatisierungstechnik Die praktische Ausbildung im Bereich der Messgerätesteuerung am CAMPUS 02 soll künftig auf PXIbasierenden Messsystemen erfolgen. Übergang auf die in der Industrie übliche Rack-Lösung mit modularem Aufbau Erhöhte mechanische und elektrische Robustheit (EMV) Über PXI-Systeme Moderne Mess- und Automatisierungssysteme verlangen immer höhere Geschwindigkeiten, höhere Genauigkeit und mehr Robustheit bei gleichzeitiger Platz- und Kosteneinsparung. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurde der PCI-basierende Desktop-PC weiterentwickelt und im Jahre 1998 der offene Industriestandard PXI (PCI Extensions for Instrumentation) eingeführt. DI Dr. techn. Manfred Pauritsch Lehrender am CAMPUS 02, Forschung und Entwicklung am FH-Studiengang Automatisierungstechnik, Schwerpunkt: Messplatzautomatisierung Die wesentlichen Änderungen gegenüber einer herkömmlichen PC-Lösung sind: Zusätzlicher lokaler Bus zwischen den Messkarten zur Triggerung, Synchronisierung und zum Austausch von Daten, ohne den Systembus zu belasten. Ein typisches PXI-System besteht aus folgenden Komponenten: 1. Einem Chassis (Rack) zur Aufnahme von 3HE CompactPCI und PXI Controllern sowie I/O-Modulen. Das Chassis beinhaltet auch die Stromversorgung und eine Kühlung. 2. Dem System-Controller. Das Spektrum der Controllerkarten reicht vom Pentium3/400MHz bis zum Pentium4/2.2GHz mit eingebautem GPIB-Controller und bildet das Herzstück des Systems. Als Betriebssystem kann sowohl Windows als auch Linux verwendet werden. Anwendungen können in LabView, C, C++ oder VisualBasic programmiert werden. Modular aufgebautes PXI-System 3. Den I/O-Modulen bzw. Messkarten. Nachdem mittlerweile 60 Unternehmen der PXI-System-Aliance angehören, werden bereits über 1000 Module angeboten. Die Palette reicht von leistungsfähigen Multifunktionskarten zum Einstieg bis hin zu Spezialkarten für analoge und digitale Messaufgaben. Die Zukunft am CAMPUS 02 mit PXI-Systemen Um den erhöhten Anforderungen der Industriepraxis gerecht zu werden, wird auch am CAMPUS 02 in Zukunft auf modulare PXI-Systeme gesetzt. Damit wird in der praktischen Ausbildung neben der traditionellen Messgerätesteuerung über GPIB den Studierenden eine weitere Methode der Messplatzautomatisierung näher gebracht. Als Software kommt weiterhin LabView zum Einsatz, welches in der Industrie weit verbreitet ist und auch unverändert auf PXI-Systemen läuft. Damit ist den Studierenden die Möglichkeit gegeben, auch in diesen Systemen die komfortablen Programmiermethoden von Lab- View mit den zahlreich vorhandenen Instrumenten-Treibern zu nutzen. 6

7 Reports Konfigurieren statt Programmieren Innovative Messgeräteeinbindung in Automatisierungsanlagen Anton Scheibelmasser Die Fa. AVL List GmbH verwendet für die Einbindung der Messgeräte am Automatisierungsprüfstand PUMA Open ein neues innovatives Werkzeug mit dem Namen Configurable Device Handler (CDH). Dieses ermöglicht eine effiziente, flexible und qualitativ hochwertige Einbindung von Prüfstandsmessgeräten. Der CAMPUS 02 hat gemeinsam mit der Fa. AVL List GmbH über dieses Verfahren eine Veröffentlichung verfasst und diese 2004 in Portugal im Rahmen der ICINCO-Konferenz präsentiert. Die Veröffentlichung wurde zu einem der besten ICINCO- Konferenzbeiträge gewählt und wird zusätzlich im Springerverlag, im Kluwerverlag und im ARS-Journal veröffentlicht. Panel (CDP) Automation System Device Framework Configurable Device Handler (CDH) Engine (CDE) Measurement Device Description File (MDD) Platform Adapter Generator (CDG) One of the most important topics in the field of automation systems is the integration of sensors, actuators, measurement devices and automation subsystems. Especially automation systems like test beds in the automotive industry impose high requirements regarding flexibility and reduced setup and integration time for new devices and operating modes. The core function of any automation system is the acquisition, evaluation and control of data received by sensors and sent to actuators. Sensors and actuators can be connected directly to the automation systems. In this case they are parameterised using specific software components, which determine the characteristics of every channel. In contrast to this, smart sensors, measurement devices or complex subsystems have to be integrated by means of different physical communication lines and protocols. The challenge for the automation system is to provide an integration platform, which will offer easy and flexible way for the integration of this type of devices. On the one hand, a sophisticated interface to the automation system should trigger, synchronise and evaluate values of different devices. On the other hand, a simple user interface for device integration should facilitate DI Dr. techn Ivo Derado AVL List GmbH, Test Bed Automation and Contol Systems DI Anton Scheibelmasser Lehrender am CAMPUS 02, Forschung und Entwicklung am Studiengang Automatisierungstechnik, Schwerpunkt: embedded systems DI Georg Schindin AVL List GmbH, Test Bed Automation and Contol Systems DI Dr. techn. Udo Traussnigg Studiengangsleiter Automatisierungstechnik am CAMPUS 02 the flexible and straightforward device integration procedure for the customer. Configurable Device Handler is a software layer in the automation system, which offers a best trade-off between the complex functionality of intelligent devices and their integration in a simple, fast and flexible way. Due to a straightforward integration procedure, it is possible to integrate new devices and operation modes in a minimum of time by focusing on device functions and configuring the automation system, rather than writing software for specific device subsystems. This article gives an overview of Configurable Device Handler, which was implemented in the test bed automation system PUMA Open developed at the AVL. It provides an insight into the architecture of the Configurable Device Handler and shows the principles and the ideas behind it. Finally, new aspects and future developments are discussed. Automatisierungstechnik Device 1 Device 2 Device 3 Struktur des konfigurierbaren Gerätetreibers (CDH) AVL Motorenprüfstand Das vollständige Paper befindet sich unter & Publikationen. 7

8 Reports Entwicklung nachhaltiger technischer Systeme Innovationsmethodik und Technologieauswahl zur nachhaltigen Produktentwicklung Anton Scheibelmasser Automatisierungstechnik 8 SYSTEMATISCHE NUTZUNG VON TECHNOLOGISCHEN TRENDS ZUR ENTWICKLUNG NACHHALTIGER TECHNISCHER SYSTEME AM BEISPIEL VON EMBEDDED SYSTEMS: Der CAMPUS 02 als Partner des Kompetenzzentrums für Elektro- (nik)altgeräte-recycling und nachhaltige Produktentwicklung (KERP) hat sich im Rahmen einer Sammelpublikation aller KERP-Partner des Themas der nachhaltigen Produktentwicklung angenommen. Dr. Manfred Peritsch Geschäftsführer IMG Innovation Management Group GmbH DI Anton Scheibelmasser Lehrender am CAMPUS 02, Forschung und Entwicklung am Studiengang Automatisierungstechnik Schwerpunkt: embedded systems Für nachhaltige Entwicklungen scheint es keine konkrete Vorgangsweise zu geben. In einem kreativen Akt ist es immer wieder nötig, Aspekte der Nachhaltigkeit konkret umzusetzen. Dabei können aber Innovationsmethoden bzw. neue Technologien unterstützen. Der Einsatz eines technischen Systems bewirkt einen für den Kunden bewertbaren Nutzen zur Befriedigung eines Bedürfnisses. In der TRIZ-Entwicklungsphilosophie wird der Quotient von Nutzen / (Kosten + Schadenspotenzial) als Idealität" eines Systems definiert und die Hypothese vertreten, dass sich technische Systeme durch Innovationen hin zu Lösungen höherer Idealität entwickeln. Die TRIZ-Forschung der letzten 50 Jahre hat bestimmte evolutionäre Muster (Trends of Evolution) in der zeitlichen Entwicklung technischer Systeme identifiziert. Viele dieser Trends spiegeln auch Prinzipien der Nachhaltigkeit wider. Dies lässt den Schluss zu, dass eine Anwendung der Trends of Evolution bei der konkreten Entwicklung technischer Systeme beiträgt, Nachhaltigkeitspotenziale systematisch zu identifizieren. Eine einseitige Betrachtung des technischen Aspektes einer Entwicklung ist aber im Sinne einer gegenwärtigen Nachhaltigkeitsdefinition nicht ausreichend. Technische Systeme sind weder nachhaltig noch nicht nachhaltig. Sie bieten lediglich eine Bedürfnisbefriedigung gesellschaftlicher Anforderungen (social needs). Im besten Fall können technische Systeme Nachhaltigkeitspotenziale bezüglich ihrer Funktion bieten. Ob Nachhaltigkeitspotenziale wirksam werden, wird sehr stark durch das gesellschaftliche Verhalten in der Nutzungsphase definiert. Kann ich eine Verbindung zum betrachteten Trend herstellen? Staubsaugerkabel wird per Knopfdruck aufgerollt. TRIZ-Innovationsprozess Entspricht Evolutionsstufe Control through intermediary Abstrahiertes Problem/Ausgangssituation Konkretes Problem/Ausgangssituation Bei der Entwicklung von technischen Produkten bzw. bei der Technologiefolgenabschätzung erzeugt dieses Unwissen bezüglich des gesellschaftlichen Einsatzes Verunsicherung. Durch den Einsatz der TRIZ-Innovationsmethodik im Bereich der Produktentwicklung, die auf der Beobachtung der Entwicklung von technischen Systemen unter Einfluss der Gesellschaft basiert, kann dieses Unwissen verkleinert werden. Die Umsetzung der daraus resultierenden Trends kann zur Auswahl von Technologien mit hohem Nachhaltigkeitspotenzial herangezogen werden. In dem Artikel werden diese Entwicklungsmuster vorgestellt, ihr Beitrag zur Nachhaltigkeit analysiert, fördernde und hemmende Faktoren diskutiert und eine Methodik vorgestellt, wie dieses Innovationswerkzeug in der betrieblichen Praxis konkret angewandt wird. Anhand des Technologiefeldes Embedded Systems wird beispielhaft die Verknüpfung nachhaltiger Trends aus der TRIZ-Forschung mit konkreten technischen Systemen aufgezeigt. Mehr unter Projekte & Publikationen. Was kann ich an intelligentem Feedback realisieren? Abstrahierte Lösung Konkrete Lösung Staubsaugerkabel erkennt, dass es ausgesteckt wird und rollt sich auf. Aussteck-Detektor mit bestehendem Aufroll-Mechanismus koppeln.

9 Reports Das richtige Instrumentierungskonzept? Single Chip FLASH-Controller zur Implementierung intelligenter Instrumentierungskonzepte Anton Scheibelmasser ISIE 2005 CAMPUS 02 Board (ADuC831) IMPLEMENTATION OF INTELLI- GENT INSTRUMENTATION AND DE- SIGN CONCEPTIONS USING SUITABLE SINGLE CHIP FLASH CONTROLLERS: Seit einiger Zeit steht dem Entwickler eine neue Generation von Single Chip FLASH Controller der Firma Analog Devices zur Verfügung. Da diese Controller sich optimal als Aktor-/Sensorknoten eignen, wurde am CAMPUS 02 ein Referenzdesign (Dr. Humer) sowohl für die Lehre als auch für Industrieprojekte entwickelt. Gemeinsam mit dem Buchautor M. Baldischweiler wurde dazu eine Publikation verfasst, die im Juni im Rahmen der IEEE-Konferenz (ISIE05, Dubrovnik) präsentiert wurde. This article deals with the implementation of intelligent concepts for electronic instrumentation in technical systems. The focus is on the separation of realtime sensor-actuator nodes and the human interface device (HID) incapable of real-time operations. For the implementation of this concept, single chip FLASH controllers are particularly suitable, e.g. ADuC831. It offers the possibility to realize data acquisition and controlling at a minimum of space required. Furthermore, it holds a non-volatile program and data memory (FLASH) which optimally supports intelligent data distribution concepts. A crucial point in the evaluation of such a Single Chip FLASH 0xFFFF 0xDFFF code-area User Bootloader Download Kernel Controller is the continuity of the used design environment. This means that optimal support of the software-engineering process is desired, ranging from coding to testing (debugging). The article at hand presents in its introduction a short précis of an intelligent concept of instrumentation, shows a practical realization of a sensor-actuator node and finally discusses the continuity of the development environment which at the same time optimally supports the constitutive part of the testing and debugging procedure. Die gesamte Publikation finden Sie unter und Publikationen. Michael Baldischweiler Buchautor, Geschäftsführer MEBA München DI Dr. techn. Josef Humer CAMPUS 02 DI Anton Scheibelmasser xdata-area CAMPUS 02 Automatisierungstechnik 0x1FFF 0x0FFF ADuC Memory Map monitorprogram 322 byte monitor RAM usable CODE area with ROM-Monitor usable XRAM area with ROM-Monitor 0x7FF 0x680 9

10 Reports 8bit Entwicklungsboards the next generation Über neue 8bit Microcontrollerboards und deren Anwendung in Lehre, Forschung und Praxis Josef Humer Noch vor einigen Jahren wurden Entwicklungsboards der 8051er-Serie mit einer Speicherstruktur nach Neumann verwendet, um einen Betrieb mit einem Monitor-System zu ermög- Automatisierungstechnik Board C 517a Entwicklungsboards sind kleine Microcontroller-Baugruppen und sind für Laborzwecke, Geräteentwicklungen oder Sensorknoten einsetzbar. Eine bereits bestehende Mindestbeschaltung, wie Stromversorgung, Reset- und Taktgenerierung, Speichersystem, Adressund Datenbus, vereinfacht einen Einsatz bzw. verkürzt die Entwicklungszeit stark. DI Dr. techn. Josef Humer Lehrender und stellvertretender Studiengangsleiter am CAMPUS 02, FH-Studiengang Automatisierungstechnik, Lehrer und Abteilungsvorstand an der HTBL und VA Graz Gösting selbstständiger Unternehmer, Firma Elektronische Systementwicklung lichen. Das Monitor-System ist eine an die Hardware adaptierte Software und ermöglicht ein Download der Anwendersoftware bzw. bietet auch ein On- Board-Debugging. Für diesen Betriebsmodus wird der Speicherbereich meist in zwei Bereiche unterteilt in einen Festwertspeicher (EPROM oder Flash) für das Monitorprogramm und ein RAM für das Anwenderprogramm. Eine entsprechende Chip-Selekt-Logik muss auf dem Board integriert sein. Das am CAM- PUS 02 verwendete C517A Entwicklungsboard bietet 60KB RAM für die Applikationsentwicklung, 4KB werden vom Monitorprogramm der Firma KEIL (www.keil.com) verbraucht. Board ADuC 831 Neuere Microcontroller der Serie 8051 haben bereits Flash Speichertechnologie on Board. Eine besondere Realisierungsmöglichkeit dabei ist, den Controller in der Schaltung (ISP) oder in der Applikation (IAP) zu programmieren. Dieses ist mit einem Bootloader möglich. Ein Bootloader ist ein kleines Programm, das im oberen oder unteren Bereich des Programmspeichers untergebracht ist. Beim Starten des Bootloaders (erfolgt meist nach einem RESET in Kombination mit einer bestimmten Hardwarebeschaltung) wird die Kommunikation über eine serielle Schnittstelle (RS232, USB, I2C, CAN o.ä.) mit einem Hostrechner aufgenommen und der Maschinencode kann übertragen werden. Der Bootloader ist in der Lage, eine begrenzte Anzahl von Controllerbefehlen, wie Lesen, Löschen und Beschreiben des Programmspeichers (Flash-Technologie), selbstständig auszuführen. Das Programmieren eines Controllers mit einem Bootloader setzt mehrere Controllereigenschaften voraus: a) einen Programmspeicher, dessen Kapazität für die gleichzeitige Speicherung von Bootloader und Anwenderprogramm ausreicht, b) die Unterstützung des Controllers für das interne Löschen und Beschreiben des Programmspeichers, c) eine serielle oder parallele (eher selten) Schnittstelle. ADuC 831-USB 10 CAMPUS 02 C517A-Entwicklungsboard Ein modernes Konzept für ein 8051er Entwicklungsboard wurde vor kurzem auf dem CAMPUS 02 entwickelt. Die Basis bildet ein Controller ADuC831 der Firma Analog Devices mit einem USB Controller Chip der Firma FTDI (www.analog.com, Diese miniaturisierte Platine ist besonders für Notebook-Anwender ohne eine

11 Reports RS232 Einheit gedacht. Der Controller und somit das Entwicklungsboard bieten folgende features: Analog-In mit 8-Kanälen, 247 ksps mit einer Auflösung von12-bit Time Interval Counter (TIC) UART, I2C and SPI Serial I/O Watchdog Timer (WDT), Power Supply Monitor (PSM) 62 kbytes On-Chip Flash/EE Program Memory Zwei 12-Bit (Monotonic) Voltage Output DACs Dual Output PWM/ - DACs On-Chip Temperature Sensor Function On-Chip Voltage Reference Specified for 3 V and 5 V Operation Normal, Idle and Power-Down Modes Power-Down: 20 3 V Ein entsprechender Treiber muss am Hostrechner installiert werden. Das Betriebssystem stellt dann eine virtuelle COM Schnittstelle zur Verfügung, über die die Kommunikation mit dem Board erfolgt. Der Schaltplan, USB-Treiber und ein Beispielprogramm können von der Seite geladen werden. Automatisierungstechnik 4 kbytes On-Chip Flash/EE Data Memory Flash/EE 2304 Bytes On-Chip Data RAM Analog in mit 8-Kanälen, 247 ksps mit einer Auflösung von12-bit DMA Controller for High Speed ADC-to-RAM Capture CAMPUS 02 ADuC831-USB-Entwicklungsboard CAMPUS 02 ADuC831-RS232-Entwicklungsboard Phillip E. Allen Douglas R. Holberg CMOS Analog Circuit Design BUCH TIPP Oxford University Press, 2 nd Edition hardback, 800 pages ISBN After years of anticipation, respected authors Phil Allen and Doug Holberg bring you the second edition of their popular textbook. From the forefront of CMOS technology, Phil and Doug have combined their expertise as engineers and academics to present a cuttingedge and effective overview of the principles and techniques for designing circuits. Their two main goals are: to mix the academic and practical viewpoints in a treatment that is neither superficial nor overly detailed and to teach analog integrated circuit design with a hierarchically organized approach. Alfred Böge (Hrsg.) Vieweg Handbuch Maschinenbau Grundlagen und Anwendungen der Maschinenbau-Technik BUCH TIPP Vieweg Verlag 17. Aufl S., 17x24, geb. 69,90 ISBN Das vollständige Kompendium so gelingt der mühelose Einstieg in die Welt des Maschinenbaus, die Weiterentwicklung des Techniker Handbuchs. Das Buch enthält neben dem aktualisierten Stoff der bisherigen Grundlagen und Anwendungsfächer in der praxisnahen und verständlichen Darstellung neue und unerlässliche Stoffgebiete wie Mechatronik und Produktionslogistik mit SAP. Es ist eine wertvolle Stütze der Bakkalaureats-Studiengänge für Maschinen-, Anlagen- und Produktionstechnik an Fachhochschulen. Für Meister, Techniker und Ingenieure ist es als Nachschlagewerk unverzichtbar. 11

12 Reports It s not a game MINDSTORM Robotic Invention System von LEGO Wolfgang Koren TM TM Automatisierungstechnik Über eine Art Toy, das ver- schiedenste LEGO -Teile enthält, die nicht nur zusammensteckbar sind, sondern auch miteinander durch einen Steuerrechner interagieren können eine Aufforderung zum Experimentieren. Schon wieder einmal verschlafen, keine Zeit, Kaffee zu kochen. Auch die Wohnung sollte wieder einmal aufgeräumt werden. Wie schön wäre doch ein kleiner Roboter, der die Arbeit selbstständig erledigt. 12 Ing. DI (FH) Wolfgang Koren Absolvent des CAMPUS 02, FH-Studiengang Automatisierungstechnik, Jg Product Engineer beim Halbleiterhersteller austriamicrosystems Freizeit-Kick off: begeisterter LEGO MINDSTORM Bastler Geschäftsführerin der Medienagentur Die Möglichkeiten für einen Hobbykonstrukteur, einen Roboter zu bauen, stößt auf dem konservativen Weg oft schnell an die Grenzen des Mach- und Finanzierbaren. Das Problem besteht darin, dass selbst zum Bau von einfachen Robotern typischerweise spezielle Arbeitstechniken, genaue mechanische Fertigungsverfahren sowie zum Teil komplexe Hardware- und Softwarekomponenten nötig sind. Der RCX Das MINDSTORM Robotic Invention System von LEGO ist eine ganz besondere Art von Spielzeug. Es enthält einer Fülle von verschiedensten gut durchdachten LEGO -Teilen, die nicht nur einfach auf die jedem Kind bekannte Art zusammensteckbar sind, Beispiele eines kleinen, selbstgesteuerten Fahrroboters sondern auch mit einer verblüffenden Einfachheit miteinander in Interaktion treten können. Das Gehirn von LEGO Mindstorms Roboter ist der sogenannte RCX. Er basiert auf dem am MIT (Massachusetts Institute of Technology) für den MIT Design course entwickelten MIT Programmable Brick". Die Entwicklung geht maßgeblich auf Fred Martin zurück, der in der Gruppe für Lernforschung am MIT tätig ist. Der von LEGO unter dem Namen RCX vertriebene Baustein ist eine LEGO -Eigenentwicklung, basierend auf den Erkenntnissen des MIT Programmable Bricks. Der RCX verfügt standardmäßig über drei Sensor-Eingänge und drei Motor-Ausgänge. Als Sensoren sind Licht-, Rotations-, Druck-, Temperatur-, ph-, Feuchtigkeitsund Luftdruck-Sensoren direkt von LEGO verfügbar. Natürlich kann man auch Sensoren selbst bauen. Anleitungen dazu gibt es für fast jede physikalische Größe im Internet. Es gibt mittlerweile auch einige Shops im Internet, die spezielle Sensoren für den RCX anbieten. Interessant sind insbesondere die Input-Multiplexer, die die Anzahl der verfügbaren aktiven und passiven Sensor- Eingänge vergrößern. Die Anzahl der verfügbaren Betriebssysteme ist genauso groß wie die Vielfältigkeit der Sensoren. Der RCX kann durch Einspielen einer entsprechenden Firmware verschiedenste Programmiersprachen verstehen. Wer glaubt, durch die beschränkte Anzahl an Interfaces in seiner Kreativität zu stark eingeschränkt zu werden, kann beruhigt werden, denn es lassen sich mehrere RCX kaskadieren. Die kaskadierten RCX können dann über das integrierte Infrarotinterface untereinander kommunizieren.

13 Reports reich von Robotik- und Informatikkursen Verwendung. Der große Vorteil liegt im spielerischen Ansatz und in der zeitsparenden und einfachen Realisierung von Ideen. So kann ein einfacher Fahrroboter, welcher einer schwarzen Linie am Boden folgen kann und bei überraschend auftauchenden Hindernissen selbstständig einen Umweg berechnen und einschlagen kann, innerhalb eines vierstündigen Projekts von Studierenden realisiert werden. Automatisierungstechnik Beispiele für einfache selbstgesteuerte Fahrroboter Programmierung des RCX Zur textuellen Programmierung sind Compiler für C, C++, Pascal, Forth, Java, ADA und viele andere Programmiersprachen sowie für verschiedenste Host Betriebssysteme verfügbar. Der wohl bekannteste und gebräuchlichste ist der Kommandozeilencompiler Not Quite C von Dave Baum. NQC besitzt eine einfache, C ähnliche Syntax, welche auf die speziellen Fähigkeiten des RCX eingeht. Integriert in das Bricx Command Center, bietet sich eine ohne lange Einlernphase verwendbare und unter sämtlichen Microsoft Betriebssystemen einsetzbare Benutzeroberfläche an. Auch von LEGO selbst ist ein SDK-Kit verfügbar, welches sämtliche Freiheiten für alle denkbaren Implementierungen bietet. face zur Verfügung. Und wer am liebsten gleich zu LabView greift, findet im Internet eine Fülle von Toolboxen und Implementierungsvarianten, um seine LEGO MINDSTORM Entwicklung direkt grafisch zu programmieren. Programmierung des RCX mittels LabView Auch die günstigen Anschaffungskosten sprechen für die Verwendung in der Lehre. Als kleiner Nachteil muss in Kauf genommen werden, dass im Bereich der Präzision Abstriche zu machen sind. Dies ist aber vor allem im Bereich der Robotik-Grundlagenausbildung zu verschmerzen. Viele mögen bei LEGO MIND- STORM nur an ein Spielzeug für kleine und auch große Kinder denken. Es ist viel mehr ein flexibles System, mit dem selbst komplexe Projekte aus Robotik und Automatisierungstechnik möglich sind. Für Anhänger von grafischen Programmierverfahren, vor allem im Ausbildungsbereich, bietet National Instrument Robolab an. Dieses Paket stellt ein LabView ähnliches Softwareinter- C-Programmierung des RCX mittels NQC LEGO MINDSTORM in der Ausbildung Das Potential des LEGO MIND- STORM Systems im Bereich der Ausbildung ist nicht zu unterschätzen. So wird mittlerweile an vielen Universitäten und Fachhochschulen, wie zum Beispiel an der TU München oder der FH- Hamburg, LEGO MINDSTORM zu Lehrzwecken im Informatikbereich eingesetzt. Auch bei der US Air Force Akademie findet der RCX Block in der Ausbildung im Be- Literaturquellen: The unofficial Guide to LEGO MINDSTORMS Robots,Jonathan B. Knudsen, O'Reilly, ISBN LEGO MINDSTORMS Roboter, Dave Braun, Galileo, ISBN X Roboter im Informatikunterricht, Diplomarbeit, Mathias Stolt, FH Hamburg Teachers Pets, IEEE Robotics & Automation, Vol.10, No.2 June- 2003, ISSN Readin, Ritin, Rithmetic & Robotics, IEEE Robotics & Automation, Vol.10, No.2 Sept.-2003, ISSN

14 Reports Koffein, Kork & CO 2 Einsatzmöglichkeiten von überkritischen Fluiden Thomas Gamse Automatisierungstechnik 14 Das Institut für Thermische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik der TU Graz ist seit 1979 auf dem Gebiet der Hochdruckverfahrenstechnik tätig. Dieser Bereich stellt ein fixes Standbein und einen Schwerpunkt der Forschungsarbeiten dar. Mit den im Technikum verfügbaren Anlagen und Apparaten können sowohl Grundlagenforschung und Machbarkeitsstudien durchgeführt werden als auch ein scale-up für die Extraktion fester Ausgangsmaterialien. So wird die Wirtschaftlichkeit von Großanlagen abgeschätzt. ao. Univ. Prof. DI Dr. techn. Thomas Gamse Lehrender am CAMPUS 02, FH-Studiengang Automatisierungstechnik, ao. Universitätsprofessor an der TU Graz, Institut für Thermische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik, Spezialgebiet: Hochdruckverfahren Geschäftsführerin der Medienagentur Grundlagen Für diverse Substanzen existiert ein kritischer Punkt, definiert durch kritischen Druck und kritische Temperatur. Ist ein Gas jenseits dieser Grenzen, spricht man von einem überkritischen Fluid, das weder flüssig noch gasförmig ist. Die Verwendung überkritischer Fluide bietet im Gegensatz zu organischen Lösemitteln viele Vorteile. So können das Lösevermögen und speziell die Selektivität durch Variation von Druck und/oder Temperatur in einem großen Bereich variiert werden. CO ist zudem 2 in großen Mengen preiswert verfügbar, unbrennbar und toxikologisch unbedenklich. Es wird aus natürlichen Ressourcen oder als Abfallprodukt in der Industrie gewonnen und trägt somit nicht zum Treibhauseffekt bei. Das Verfahren Bei der überkritischen Extraktion mit CO wird das Gas auf Drücke von 80 bis bar verdichtet, da in diesem Zustand eine gute Löslichkeit diverser Substanzen im überkritischen Fluid gegeben ist. Unter diesen Bedingungen werden die gewünschten Komponenten aus Feststoffen oder Flüssigkeiten entfernt. Im Anschluss an diese Extraktion erfolgt die Abscheidung der extrahierten Substanzen durch einfache Druckund Temperaturvariation. Das somit gereinigte CO wird im Kreislauf geführt. 2 Der große Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die anfallenden Extrakte eine extrem hohe Reinheit aufweisen und keine Spuren von Lösemitteln enthalten. Anwendungen Die Extraktion von Naturstoffen zur Gewinnung hochreiner Extrakte für die Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie ist ein Verfahren mit hohem Wachstumspotential. Seit Jahren werden für eine Grazer Apotheke Ringelblumen extrahiert. Dieses CO -Extrakt 2 ist weit besser als das mittels Ethanolauszug hergestellte Produkt, da absolut keine allergenen Rückstände von Lösemitteln im Extrakt vorhanden sind. Hochdruckextraktionsanlage für Feststoffe Eine Vielzahl von Versuchen beschäftigte sich mit der Herstellung von alkoholfreiem bzw. alkoholreduziertem Wein. Mit einer Schweizer Firma wird an der Verbesserung der Qualität von CO - 2 entkoffeiniertem Tee gearbeitet, der derzeit zur Extraktion mit Methylenchlorid qualitativ noch nicht konkurrenzfähig ist. Großtechnische CO -Extraktionsan- 2 lagen existieren für die Entkoffeinierung von Kaffee und Tee. Auch sämtliche Hopfenextrakte für die Bierherstellung werden heute mit diesem Verfahren produziert. Eine Anlage in Taiwan reinigt Tonnen Reis pro Jahr. Ende dieses Jahres wird eine Anlage für die Entfernung jener Komponenten aus natürlichem Kork, die für den Korkgeschmack bei Wein verantwortlich sind, in Betrieb genommen. Im Bereich des Parts Cleaning wurden bereits Videoköpfe nach deren Bearbeitung von Kühlschmiermitteln und Feststoffpartikeln gereinigt. Dieser Bereich verzeichnet ebenfalls steigendes Interesse, sowohl in der Metallteil- Fertigung als auch in der Elektronikindustrie, wo mit flüssigem bzw. überkritischem CO zum Teil bessere Reinigungs- 2 erfolge erzielt werden als mit herkömmlichen Lösemitteln. International wird an Waschmaschinen gearbeitet, bei denen flüssiges CO anstelle von FCKW die fet- 2 tigen und öligen Bestandteile aus den schmutzigen Kleidungstücken entfernt. Überkritische Fluide bieten in der Nanoprozesstechnik den Vorteil, dass einheitliche Feststoffpartikel mit Partikelgrößen im Nano- bzw. untersten Mikrometerbereich produziert werden können. Großes Interesse an dieser Technologie besteht seitens der Pharmaindustrie, wo zum einen die Wirkstoffe in gewünschten homogenen Partikelgrößen erforderlich sind und zum anderen für Langzeitpräparate die aktiven Substanzen in Trägermaterialien, zumeist in bioabbaubaren Polymeren, äußerst homogen in definierten Konzentrationen eingebunden werden.

15 Reports Schnelle Verarbeitung großer Datenmengen CPLD-programmierbare Logikbausteine Wolfgang Demmel, Franz Hanauer Betreuer: A. Scheibelmasser Name der Übung: Programmierbare Logik Programmierbare Logikbausteine wie z.b. CPLD (Complex Programmable Logic Devices) sind heute in der Digitaltechnik verbreitet im Einsatz. Für zeitkritische Schaltungen sind CPLD oft besser geeignet als Mikroprozessoren. Als Beispiel soll die folgende Anwendung dienen, die im Rahmen der Begleitenden Projekte am CAMPUS 02 realisiert wurde. Messung von Flugzeitspektren Am Institut für Festkörperphysik der TU Graz wird ein System zur Messung von Flugzeitspektren verwendet. Als Ausgangssignal aus dem unmittelbaren Messaufbau stehen TTL-Pulse zur Verfügung, wobei ein Puls einem detektierten Teilchen entspricht. Diese Pulse werden von der Messelektronik in Zeitfenstern akkumuliert und ergeben in geeigneter grafischer Darstellung das Streuspektrum. Die vorhandene Messelektronik präsentiert sich als Einschubkarte für einen PC. Um einerseits den Forschungsbetrieb gewährleisten zu können, andererseits die Institutsfinanzen nicht durch den Erwerb einer neuen PC-Karte zu überstrapazieren, wurde der CAMPUS 02 beauftragt, eine Machbarkeitsstudie für die Neuentwicklung einer Mess- und Auswerteelektronik zu erstellen. Anforderungen an die Elektronik Entsprechend der bekannten Daten der Anlage lassen sich folgende Anforderungen an die Elektronik definieren. Es sind TTL-Impulse in Zeitfenstern von 10 µs Breite zu zählen, wobei die Auflösung der Zeitpunkte der Signaleingänge bezüglich des Messbeginns min. 1 µs sein muss. Die Messung hat in 256 Kanälen zu erfolgen, ein periodischer Messzyklus dauert 3,75 ms. Die Zeit zwischen zwei Zählpulsen beträgt min. 15 ns, wobei bis zu 16 Messwerte pro Zyklus und Kanal zu erfassen sind. Die Messergebnisse sind in Echtzeit darzustellen und das Design soll flexibel sein. QMS TTL- Signal LabView Realisierungskonzept Für die Realisierung ist die Erfassung der Messdaten mittels CP- LD, die Datenaufbereitung durch einen Mikroprozessor und die Darstellung der Messergebnisse auf einem PC vorgesehen. Die Schaltung im CPLD wird in zwei getrennte funktionale Blöcke aufgeteilt. Zeitbasis Trigger Zählpulse Schaltung im CPLD Messschaltung Bus- Interface Daten Die Messschaltung dient zur Erfassung und Aufbereitung der Zählpulse in Abhängigkeit vom Trigger. Das Bus- Zeitbasis Trigger Zählpulse Trigger Teiler Zählpulserfassung Zeitbasis Teiler Messschaltung CPLD Serielle Schnittstelle Steuerleitungen Zähler Datenbus µp 8 Auslösung Übertragung Schnittstelle Interface übeträgt die Messwerte an den µp. Zeitbasis- und Triggerteiler sowie Zähler dienen der Synchronisation und Ablaufsteuerung. Zur Zählpulserfassung wird das capture -Verfahren angewendet: Eintreffende Pulse erhöhen einen Zähler, die Anzahl wird als Differenz zum letzten Zählerstand ermittelt. Dieser Messwert wird in einem Übetragungssteuerung Auslösung der Übertragung Schnittstelle Sendespeicher Interruptlogik Interrupt Steuerleitungen Aufbau des Bus-Interface Daten Ing. Wolfgang Demmel Studierender am CAMPUS 02, FH-Studiengang AT, Jg. 2002, Wartungsingenieur des Bundesheeres Ing. Franz Hanauer Studierender am CAMPUS 02, FH-Studiengang AT, Jg. 2002, Elektroniker am Inst. f. Physik, Uni Graz Schieberegister abgelegt. Insgesamt werden Werte von 8 Kanälen gespeichert und stehen an der Schnittstelle zur Übertragung in das Businterface bereit. Die Übertragungsbereitschaft wird durch ein Signal angezeigt, welches die Daten im Businterface in ein weiteres 4x8-bit Schieberegister kopiert. Damit kann der nächste Datenblock von der Messschaltung aufgenommen werden. Zur Steuerung der Datenübertragung an den µp wird eine Interruptlogik verwendet. Über das unterste, mit Ausgangsbuffern versehene Schieberegister erfolgt der Lesezugriff des Prozessors. Für die Realisierung wurden alle Schaltungen mit der im Softwarepaket Xilinx Foundation Manager F1.5 enthaltenen Logikbeschreibungssprache ABEL entwickelt. RD CS 8 Automatisierungstechnik 15

16 Reports Der Springbrunnen des Gaius Plinius Konzeption eines Simulationsmodells unter Matlab-Simulink Gernot Hofer Automatisierungstechnik Dieser Artikel bietet einen kurzen Einstieg in die Modellierung von Differentialgleichungen am Beispiel des Brunnens unter Matlab-Simulink, welche im Zuge der Lehrveranstaltung Begleitende Projekte des Jahrgangs AT 2002 von Studierenden mitrealisiert wurde. Geschichtliches 16 1 Von Gaius Plinius ist überliefert, dass er in seinen privaten Räumlichkeiten einen Brunnen hatte, der nur für eine bestimmte Zeitdauer (t1) eine Wasserfontäne erzeugte, für eine Zeitspanne (t2) das Sprinkeln einstellte, um danach mit dem Wasserfontänen-Zyklus wieder zu beginnen. Modellierung unter Matlab/ Simulink Diese historische Überlieferung wurde in den Begleitenden Projekten zum Anlass genommen, ein Simulationsmodell für den Brunnen unter Matlab-Simulink zu erstellen, um das Sprinkel-Verhalten in einem erweiterten Parameterfeld (variable Behältergrößen, unterschiedliche Zu- und Abflussmengen) zu simulieren. Erste Näherung q ein(t) A b M(t) q h(t) aus(t) A aus Abb. 1: Behälter mit konstantem Zu- und Ablauf Abb. 2: Simulationsmodell des Behälters unter Simulink In erster Näherung wurde dieses Sprinkel-Verhalten auf einen Behälter mit konstantem Zu- und Ablauf abgebildet (siehe Abb. 1) und dafür die Differentialgleichung aufgestellt. Um einen Zusammenhang zwischen Zu-/Abflussmenge und aktueller Füllhöhe des Behälters herzustellen, werden die Gleichungen 1 bis 3 in 4 eingesetzt und ergeben: A h(t) = q (t) - A 2gh(t) (5) b ein aus Gleichung 5 wird noch dahingehend für eine Realisierung unter Simulink aufbereitet, dass die höchste Ableitung der Differentialgleichung (hier h(t)) isoliert auf der linken Seite der Gleichung steht: 1 A h(t) = q (t) - aus ein 2gh(t) (6) A b A b M(t) = A b h(t) q ein(t) = const. q aus(t) = A aus 2gh(t) M = q ein(t) - q aus(t) q ein q aus h(t) M(t) (1) (2) (3) (4) Zuflussmenge Abflussmenge Füllhöhe des Behälters Masse des Mediums im Behälter Diese Gleichung mit den Parametern Zuflussmenge (q ) ein Dichte des Mediums ( ) Behältergrundfläche (A ) und b Querschnittsfläche des Abflussrohres (A ). aus ist im nachfolgenden Simulationsmodell (Abb. 2 ) grafisch umgesetzt. Dem Anwender bietet sich damit die Möglichkeit, verschiedenste Konfigurationen/Kombinationen aus Zuflussmenge, Behältergrundfläche und Abflussmenge simulieren zu können. Konkretisierung des Brunnenmodells Tatsächlich beruht der Brunnen des Gaius Plinius auf einem Behälter (Sammelbecken) mit konstantem Zulauf und einem röhrenförmigen Steigrohr als Ablauf wie in Abb. 3 dargestellt, welches aufgrund der Kapillarwirkung im Rohr den Brunnen in regelmäßigen zeitlichen Abständen entleert. Im Simulationsmodell wird dieser Umschaltvorgang zwischen Füllen und Entleeren des Behälters durch den Relay-Block realisiert.

17 Reports q ein(t) A b gar einem Nachbau in der Realität standhalten... wir sehen uns am Brunnen! M(t) h(t) Abb. 3: Behälter um Steigrohr erweitert Projektergebnis Von den Projektteilnehmern (Claudia Hörz, Franz Eberhart, Bertram Hermentin und Rene Hirczi) wurde ein Graphical User Interface (GUI) erstellt, das die genannten Parameter der Differentialgleichung berücksichtigt und eine Simulation der Füllstandshöhe im Behälter grafisch animiert ausgibt (Abb. 4). Abb. 4: Simulationsinterface (GUI ) Parallel zur grafischen Animation der Füllstandshöhe wird das Simulationsergebnis auch noch als Plot dargestellt. Abb. 5 zeigt exemplarisch einen möglichen zeitlichen Verlauf der Füllstandshöhe im Behälter. Abb. 5: Zeitlicher Verlauf der Füllstandshöhe (Simulationsergebnis) Zusammenfassung Der Brunnen von Gaius Plinius ist nach erfolgter allgemeiner Beschreibung für einen Füllvorgang eines Behälters durch eine Differentialgleichung sehr gut unter Matlab-Simulink zu simulieren. Generell eignet sich Matlab-Simulink sehr gut zur Modellierung dynamischer Problemstellungen. Im Speziellen lassen sich Unstetigkeiten (wie im vorgenannten Brunnenmodell) und Nichtlinearitäten in Differentialgleichungen, die in realen Aufgabenstellungen sehr häufig vorkommen, relativ einfach in einem Simulationsmodell berücksichtigen. Eines nimmt allerdings auch Matlab- Simulink dem Anwender nicht ab, nämlich die Kontrolle und die Plausibilitätsüberprüfung des Simulationsergebnisses. Abschließend will ich/wollen wir beweisen, dass die Simulationsergebnisse dergestalt korrekt sind, dass sie so- Buchtipps Matlab - Simulink - Stateflow, Grundlagen, Toolboxen, Beispiele, A. Angermann, M. Beuschel, M. Rau, U. Wohlfarth Matlab und Simulink, Beispielorientierte Einführung in die Simulation dynamischer Systeme, Josef Hoffmann, Addison-Wesley DI (FH) Gernot Hofer Absolvent und Lehrender am CAMPUS 02 Projectmanager Philips Semiconductors Links 1 Plinius der Ältere: Gaius Plinius Secundus maior, ca , kaiserlicher Prokurator und Flottenkommandant in Misenum, Opfer des Vesuvausbruchs 79 n. Chr. Umfangreiches literarisches Werk. Erhalten Naturalis Historia : 37 Bücher mit naturwissenschaftlichen, kulturgeschichtlichen und anthropologischen Inhalten. Automatisierungstechnik Stefan Hesse Gerhard Schnell Sensoren für die Prozess- und Fabrikautomation BUCH TIPP Vieweg Verlag, 3., überarb. Aufl X 388 S., geb. 49,90 ISBN Automatisierungstechnik ist heutzutage ohne Sensorik nicht realisierbar. Die Applikationen reichen von der Qualitätskontrolle bis zur Positionserfassung, von der Fahrzeugtechnik bis zum Medizingerätebau. Dieses Buch bietet einen umfassenden Überblick über physikalische Grundlagen, Funktionen und Applikationen von Sensoren in der Prozess- und Fabrikautomation. Es ist nach den Aufgabenfeldern von Sensoren gegliedert und zeigt anhand typischer Einsatzbeispiele anschaulich deren Anwendung. Wichtige Fachbegriffe aus der Sensortechnik sind auch in englischer Übersetzung angeführt. Das Glossar beinhaltet und erklärt ca. 160 Fachtermini. 17

18 Diplomarbeiten Diplomarbeiten im Jahr 2005 am CAMPUS 02 FH-Studiengang Automatisierungstechnik, Jahrgang 2001 Automatisierungstechnik 18 Name Thema für Firma Dichtl Mario Konzeption einer Struktur zur rationellen und einheitlichen MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik Ermittlung von Fertigungszeiten eines Kfz aus vorhandenen AG & CoKG, Graz Basisdaten Ertl Hannes Flucher Mario Habernegg Marco Huß Gerhard Kaufmann Gerhard Kleber Bernd Lichtenegger Andreas Lukas Stefan Prattner Bernhard Prutti Jürgen Radl Markus Rechberger Andreas Reinhart Josef Reiter Gernot Scherer Thomas Schieg Gernot Seidl Otmar Simbürger Hubert Sonnleitner Bernhard Stary Franz Stocker Werner Strasser Thomas Wiesner Thomas Zechner Peter Konzeptentwicklung eines Blutanalysegerätes In-circuit Debugger für den PIC16F877A Logische und physikalische Implementierung eines Digitaldesigns für ein Zutritts- und Wegfahrsperrsystem in einem 0,35µm CMOS-Prozess Simulation hochdynamischer Antriebssysteme von Gitterschweißmaschinen Aktive Sicherheit von Personen und Gebäuden Feuerfestpressen Instandhaltungsstrategien in EVU-Netzen Intelligenter Systemschutz für höhenverstellbare Tische Entwicklung eines Sensors für eine Stichregelung Erarbeitung eines Erfassungssystems für die Aufnahme der Ausschussarten DSP-Unterstützung für Hardware in the Loop -Simulationen HW/SW concepts for multi channel communication for SmartCards Qualifizierung und Validierung einer pharmazeutischen Wasseraufbereitungsanlage Vergleich von Sortersystemen in Kommissionierprozessen MCC-Chancen am Markt Projektmanagement für neue Technologien am Beispiel starrflexibler Leiterplatten Konstruktionsrichtlinien für die elektrische Leitungsverlegung von Drehgestellen Untersuchung von Lösungsvarianten der Reglerimplementierung Intelligente Messwertübertragung auf Feldbusebene Das Dichtheitsverhalten von Verbundwerkstoffen bei 20K Entwicklung einer Feder für Piezo-Stellantriebe in Einspritzsystemen Kalibrierung eines Fahrzeugtachometers mittels Microcontrollersystem Optimierung und Vereinheitlichung der technischen Ablauforganisation im Bereich der Regelungs- und Gebäudetechnik Softwareerstellung und Hardwareauswahl für die Steuereinheit einer SB Waschanlage Roche Diagnostics, Graz CAMPUS 02 Philips Austria GmbH Styria, Gratkorn EVG, Raaba CAMPUS 02 RHI Refractories, Veitsch STEWEAG-STEG GmbH, Graz Logicdata Electronik & Software Entwicklungs GmbH, Frauental EVG, Raaba Mondi Coating Zeltweg GmbH, Zeltweg CAMPUS 02 Philips Austria GmbH Styria, Gratkorn Fresenius Kabi Austria GmbH, Graz Knapp Logistik Automation GmbH, Hart bei Graz HERESCHWERKE Regeltechnik GmbH, Wildon AT&S AG, Fohnsdorf Siemens Transportation Systems GmbH & Co KG, Graz CAMPUS 02 CAMPUS 02 MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik AG & CoKG, Graz EPCOS OHG, Deutschlandsberg CAMPUS 02 EAM-Sauter, Graz PiZ Steuerungstechnik, Weißkirchen

19 Diplomarbeiten Beispiele von Diplomarbeiten AT 2001 Intelligenter Systemschutz für Projektmanagement für neue Das Dichtheitsverhalten von höhenverstellbare Tische Technologien am Beispiel starrfle- Verbundwerkstoffen bei 20K xibler Leiterplatten Stefan Lukas Gernot Schieg Franz Stary In den letzten Jahren wurde die ergonomische Gestaltung von Büroarbeitsplätzen immer wichtiger. Logicdata, ein Technologieführer für Steuerungen elektrisch höhenverstellbarer Schreib-tische, ist immer auf der Suche nach neuen Möglichkeiten, die Qualität von ergonomisch gestalteten Arbeitsplätzen zu verbessern. Das Ziel dieser Diplomarbeit war die Entwicklung eines intelligenten Systemschutzes (ISP) für höhenverstellbare Schreibtische. Der Systemschutz sollte in die vorhandene Steuerung implementiert werden und den Tisch vor Beschädigungen bei Kollisionen ohne Verwendung externer Sensoren schützen. Auf Grund der hohen Stückzahlen dieser Steuerung musste der Systemschutz ohne wesentliche zusätzliche Kosten in den vorhandenen 8 Bit Mikrocontroller implementiert werden. Die ISP Funktion misst den Strom und die Geschwindigkeit der Motoren. Die Messwerte werden durch digitale Filter, welche mit dem Ziel von kurzen und hocheffizienten Routinen entwickelt wurden, geglättet. Die geglätteten Messwerte werden von verschiedenen Softwaremodulen analysiert. Im Falle einer Laständerung des Tisches während der Fahrt werden die Antriebe sofort abgeschaltet. Zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Diplomarbeit war die ISP Funktion bereits in verkauften Steuerungen implementiert. Moderne Unternehmen denken und handeln immer stärker in Projekten. Parallel dazu lässt sich ein Wertewandel von der Industrie- zur Wissensgesellschaft feststellen. Aus der Integration dieser beiden Kontexte ergibt sich die Motivation für die Betrachtung der Projektabwicklung aus der Wissensperspektive. Mit effizientem Projektmanagement können Projekte nutzbringender, kostensensibler und zeitlich kontrollierter zum gewünschten Erfolg gebracht werden. In der vorliegenden Diplomarbeit, die durch Zugrundelegung des Projektes starrflexibler Leiterplatten als neue Technologie eine hohe Praxisrelevanz aufweist, werden zunächst die relevanten Merkmale eines ganzheitlichen Projektwissensmanagements identifiziert. Für das zielgerichtete und ganzheitliche Management der Ressource Wissen bedarf es der Einbeziehung der Faktoren Planung, Organisation, Informations- und Kommunikationsmanagement sowie Human Resource Management. Mit der Veröffentlichung der ISO/TS 16949:2002 tat die Automobilbranche einen weiteren großen Schritt in Richtung Automotive Excellence. Ziel war es, eine einheitliche Richtlinie zur Produktund Qualitätsplanung vorzugeben. Im praktischen Teil dieser Diplomarbeit wurde der daraus entstandene Projektablauf nach APQP (Advanced Product Quality Planning) realisiert. Die Kombination aus effizientem Projektmanagement, APQP und Six Sigma trug im Projekt der starrflexiblen Leiterplatte als neue Technologie zum Erfolg dieser Diplomarbeit bei und führte zur erfolgreichen Implementierung dieser Technologie. Bei dieser Arbeit handelt es sich um die industrielle Grundlagenforschung an Materialien und Bauteilen von Rohrleitungen im Tieftemperaturbereich. Den Schwerpunkt stellt die Untersuchung der Tauglichkeit von Faserverbundwerkstoffen, im Speziellen Kohlefaser-Epoxidharz-Verbindungen, für den Einsatz im kryogenen Bereich dar. Spezielles Augenmerk wird dabei auf das Permeationsverhalten (Gasdichtheit) der neu entwickelten Strukturbauteile gelegt, wobei auch der Einfluss unterschiedlicher Gasarten betrachtet wird. Die für diese Untersuchungen erforderlichen Test- und Auswertungsverfahren sowie dafür entwickelte Messund Steuerprogramme werden näher vorgestellt. Solche Untersuchungen sind umso wichtiger, da das durch die Leitungen fließende Medium flüssiger Wasserstoff (20 Kelvin) ist, der sowohl in der Luft- und Raumfahrtindustrie als auch in der Automobilindustrie immer mehr an Bedeutung gewinnt. Diese Leitungen werden im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit als der zu entwickelnde Technologieträger behandelt. Ziel der Firma MAGNA STEYR in diesen Untersuchungen ist der Aufbau von Kompetenzen für Berechnungs- und Fertigungstechnologien in den entsprechenden Abteilungen. Darüber hinaus gilt es, Testverfahren zur Überprüfung der Dichtheits- und der Thermaleigenschaften des Materials zu entwickeln. Ein weiteres Interesse ist ausreichender Erfahrungsaufbau, um möglichst jeder sich stellenden Herausforderung in diesem neuen Marktsegment schnell, sicher und kostengünstig zu begegnen. Auf etwaige Zukunftsszenarien wird am Ende dieser Arbeit noch eingegangen. Automatisierungstechnik 19

20 Reports Die Alchemie des 20. und das Gold des 21. Jahrhunderts Erfolgsrezept UnitTests Gerhard Fließ IT & IT Marketing 20 Einzeilige Operationen, die Werte binär-shiften, um Abfragen zu optimieren, selbst erfundene und implementierte Datenstrukturen, die Bäume und Listen gleichzeitig sind, oder andere geniale Konstrukte, die außer ihrem Schöpfer keiner versteht, sind leider in vielen Projekten immer noch zu finden. Programmieren wurde und wird teilweise immer noch als Kunst, die nur wenige beherrschen, verstanden und nicht als Handwerk, das erlernt werden kann. Wenn aber der Schöpfer dieser genialen Konstruktionen die Firma verlässt oder in drei Jahren selbst den undokumentierten Quellcode betrachtet, ist es oft nur durch große Anstrengungen möglich, den Sinn dieser Zeilen wieder zu erkennen. Das trifft schon auf einfache Programme zu, handelt es sich um multithreaded oder verteilte Anwendungen, potenziert sich das Problem. DI Gerhard Fließ Lehrender am CAMPUS 02, FH-Studiengang IT und IT-Marketing, selbstständiger Softwareentwickler Geschäftsführerin der Medienagentur Die Zeiten werden schnelllebiger und man wird immer stärker gedrängt, immer komplexere Probleme zu lösen. Ziel muss es sein, diesen Teufelskreis zu unterbrechen, denn er führte dazu, dass die Softwareindustrie, wie die Alchemisten im Mittelalter, immer wieder Gold verspricht, es aber bis jetzt noch nie erzeugen konnte... Eine Möglichkeit, das Problem in den Griff zu bekommen, ist, sich auf die Kernprobleme der Anwendung zu konzentrieren und für Standardaufgaben auf Lösungen anderer Hersteller zurückzugreifen, um so die Entwicklungszeiten zu verkürzen. Natürlich bieten neue Umfelder oder die Benutzung fremder Bibliotheken Möglichkeiten, die ohne diese Erleichterungen undenkbar wären. Andererseits verstecken Bibliotheken oft komplexe Vorgänge hinter einfachen Befehlen und man verliert die Kontrolle über das Programm. Ein intuitiver Aufbau, eine aussagekräftige Fehlerbehandlung und eine vollständige Dokumentation erleichtern das Einarbeiten in eine neue Bibliothek; das Design ist einer der wichtigsten Punkte für die Wiederverwendbarkeit eines Programms. Das schönste Programm ist allerdings nutzlos, wenn es fehlerhaft ist. Das Testen und die Testbarkeit an sich sind also weiterer Punkte, welche die Qualität eines Programms bestimmen. Verblüffenderweise definierte Sir Karl Popper, einer der einflussreichsten Denker im letzten Jahrhundert, zwei Kriterien für die Qualität von wissenschaftlichen Arbeiten: einerseits die empirische Güte und andererseits die logische Güte [Pop94, Seite 41]. Die empirische Güte beschreibt, wie gut eine Arbeit/ Theorie falsifiziert werden kann. In der Softwareentwicklung kann man dies als Testbarkeit einer Komponente betrachten. Kent Beck, einer der bekanntesten Vertreter von XP (extreme Programming) geht sogar einen Schritt weiter und sagt, dass eine Komponente/Klasse nur dann verwendbar ist, wenn sie auch automatisiert testbar ist [Bec00, Seite 45]. Die logische Güte definiert Popper durch die Anzahl der möglichen Folgetheorien/ Arbeiten einer Arbeit. Auf die Softwareentwicklung umgelegt, beschreibt die logische Güte einer Anwendung die Wiederverwendbarkeit ihrer Komponenten. Poppers Wissenschaftstheorie liefert also weitere gute Argumente, warum Wiederverwendbarkeit und Testbarkeit einer Anwendung und ihrer Teile die Qualität steigern und warum diese nicht nice-to-have, sondern für eine nachhaltige Entwicklung zwingend notwendige Kriterien sind. Neben diesen technologisch bedingten Problemen sind die psychologischen Aspekte beim Umgang mit SoftwareentwicklerInnen oft nicht zu vernachlässigen. Wie schon Brooks 1985 in seinem Bestseller The Mythical Man-Month [Bro05 S.14] schreibt, sind die meisten Leute in der Softwareindustrie Optimisten, sonst würden sie sich nicht auf diese, oft nicht immer deterministischen Problemstellungen einlassen. Genau dieser Optimismus bedingt aber oft eine falsche Einschätzung des nötigen Aufwandes oder des Projektfortschritts, was zu Verzögerungen oder zu höheren Kosten führt. Wie kann man nun diese Klippen in der Softwareentwicklung umschiffen und zu berechenbaren Prozessen gelangen? Leider gibt es dafür kein Patentrezept, aber verschiedene Maßnahmen bringen einige Verbesserungen im Entwicklungsprozess. Eine dieser Maßnahmen ist die Einführung von UnitTests. Das Testen wird meist als lästiger Teil im Entwicklungsprozess gesehen und fällt allzu oft dem Sparstift zum Opfer. Automatisierte Tests benötigen zwar Entwicklungszeit, rechnen sich aber in den späteren Entwicklungszyklen, weil sie Sicherheit geben, dass Änderungen nicht zur Kompromittierung des Gesamtsystems führen. Im Bereich des Testens gibt es einige Definitionen, die immer wieder etwas missverständlich ausgelegt werden, Unit Tests ist eine davon.

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