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FH nutzt UWB-Technologie in Lehre und Forschung

Wir stellen vor: Positionsbestimmung mittels UWB-Technologie im Industrie 4.0 Labor an der FH St. Pölten

FH nutzt UWB-Technologie in Lehre und Forschung
Copyright: Christoph Braun

Im Industrie 4.0 Labor der FH St. Pölten setzt man bereits seit einigen Jahren auf ein sogenanntes Indoor-Location-Tracking-System des Herstellers "POZYX". Gemeint ist damit die nahezu in Echtzeit passierende Aufzeichnung von Positionsdaten im Labor, etwa von beweglichen Maschinen oder Lagersystemen.

"Das Tracking-System und die damit erhaltenen Daten setzen wir schon länger erfolgreich und flexibel in der Lehre oder in studentischen Projekten in den Bereichen Mensch-Maschinen-Interaktion und Prozessanalyse oder auch in selbststeuernden Produktionsprozessen ein", erzählt Christoph Braun als technischer Bereichsverantwortlicher und Lehrender im Studiengang Smart Engineering.

Die Daten werden dabei in den passenden Lehrveranstaltungen aufgezeichnet, analysiert, visualisiert und auch zur weiteren Steuerung von Prozessen verarbeitet und verteilt.

Tracking-System als unterstützende Lehr-Installation

"Neben rudimentären Veranschaulichungen zum Kennenlernen eines solchen Systems verwenden wir dieses auch in verschiedenen Laborübungen, etwa in Form von ausgearbeiteten Anwendungsfällen. So befasst man sich z. B. mit der Verfolgung von Assets in einer Produktionslinie oder positionsabhängiger Prozesssteuerung", sagt Braun.

Die Studierenden bekommen damit eine offene Möglichkeit, sowohl die Grundlagen dieser Technologie als auch die praktische Anwendung kennenzulernen.

"Dieses Wissen und die Kompetenzen zu den neuartigen digitalen Technologien im Produktionsumfeld sollen die Studierenden wiederum in Unternehmen und Projekten einbringen, beispielsweise in dualen Projektphasen im Studiengang Smart Engineering oder in Abschlussarbeiten", so Braun weiter.

In Kürze erklärt: die UWB-Technologie

Die Positionsbestimmung mit der sogenannten Ultra-Wideband-Funktechnologie (UWB) basiert auf der präzisen Messung der Laufzeit von Funksignalen zwischen Sendern (Tags bzw. Beacons) und Empfängern (Ankern).

UWB-Signale haben eine sehr kurze Pulsdauer und hohe Bandbreite, was genaue Zeitmessungen ermöglicht. Wenn ein sogenannter "Tag" ein Signal aussendet, empfangen mehrere Ankerpunkte (passende Empfängergeräte) dieses Signal und messen die Laufzeit.

"Diese Messungen werden verwendet, um die Entfernungen zwischen Tag und Ankern zu berechnen. Durch Multilateration, bei der zumindest drei Anker genutzt werden, kann die genaue Position des Tags bestimmt werden. Fortgeschrittene Algorithmen korrigieren mögliche Signalstörungen, was eine Positionsgenauigkeit im Zentimeterbereich ermöglicht", erklärt Bernhard Girsule, Junior Researcher in der Forschungsgruppe Digital Technologies.

Das technische Set-up im Industrie 4.0 Lab

Das System besteht aus 5 im Raum installierten Empfängern (Ankerpunkten), einem Kommunikationsgateway und einem oder mehreren Sendern. Vier Ankerpunkte sind dabei jeweils in den Ecken des Raums montiert und einer an der Decke in der Mitte des Raumes.

"Durch diese Anordnung besteht in jedem Punkt des Raumes für den Sender (Tracker) eine Sichtverbindung zu zumindest 3 Ankern. Realisiert wird dabei eine dreidimensionale Lokalisierung der Tracker im Zentimeterbereich", sagt Braun.

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Anwendung in Industrie und Forschung

In industriellen Prozessen im Feld werden diese Verfahren ebenfalls angewendet. Durch die Montage von UWB-Beacons an Transportbehältern, Werkzeugen oder Transportfahrzeugen können diese innerhalb einer Produktionsumgebung getrackt werden, wodurch sich z. B. die Zeit zur Suche eines bestimmten Teils verringern lässt oder der Ablauf der Produktion optimiert werden kann.

Forscher*innen der FH St. Pölten widmen sich in den beiden Forschungsprojekten TRAAK 4.0 und LogiTRAAK dem Tracking von Assets in Produktionsumgebungen.

"Da jede Umgebung sehr individuell ist, zielt unsere Forschung darauf ab, geeignete Gestaltungsrichtlinien zum Einsatz dieser Technologie zu untersuchen und zu identifizieren. Dabei können mit dem Tracking-System im Labor vorab Versuche durchgeführt werden und die Erkenntnisse daraus dann in reale Produktionsumgebungen übernommen werden", sagt Girsule.

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Dipl.-Ing. Braun Christoph, BSc

Dipl.-Ing. Christoph Braun , BSc

Researcher Smart Engineering (BA) technischer Bereichsverantwortlicher Elektronik und Industrie 4.0
Labor Service
Department Medien und Digitale Technologien
Ing. Dipl.-Ing. Girsule Bernhard, BSc

Ing. Dipl.-Ing. Bernhard Girsule , BSc

Junior Researcher
Forschungsgruppe Digital Technologies
Institut für Creative\Media/Technologies
Department Medien und Digitale Technologien