OSI- und TCP/IP-Referenzmodell

Sicherungsschicht

• Rahmenbildung
• Fehlerkorrektur und Fehlererkennung
• Schiebefensterprotokolle
• Mehrfachzugriffsprotokolle
• Kopplung von Netzwerken

Vermittlungsschicht

• Routing
• Routing im Internet
• IPv4 (inkl. Subnetting)
• IPv6

Transportschicht

• TCP
• UDP

Anwendungsschicht

• DNS
• E-Mail (STMP, POP, IMAP etc.)
• Web (HTTP, Web2.0, etc.)

Sicherheit

• Geheimhaltung, Authentifizierung, Integrität

Tanenbaum A. S., Computernetzwerke, 4. Auflage, München, Pearson Studium, 2003
Stevens Richard W., TCP/IP, Reading, Mass. [u.a.], Addison-Wesley, 2005
Sikora, A., Technische Grundlagen der Rechnerkommunikation: Internet-Protokolle und Anwendungen, München, Wien, Hanser, 2003

- Phasen der Softwareentwicklung

- Abstraktion und Hierarchie

- Echtzeit & Zuverlässigkeit
--- Programmiertechniken
--- Speichermanagement
--- Echtzeitbetriebssysteme

- Software

- Entwicklungsprozesse
--- Sequentielle Vorgehensmodelle
--- Iterative Vorgehensmodelle

- Entwurf
--- Strukturierter und modulare Entwurf
--- Modellbasierter Entwurf

- Implementierung
--- Werkzeuge
--- Anforderungsanalyse
--- Software-Qualitätssicherung
--- Dokumentation

Balzert, H., Lehrbuch der Software-Technik, Band 1, 3. Auflage, Heidelberg, Spektrum, 2009

Sommerville, I., Software Engineering, 9. Auflage, München, Pearson Studium, 2012                                                     

Berns K., Schürmann B., Trapp M., Eingebettete Systeme: Systemgrundlagen und Entwicklung eingebetteter Software, Wiesbaden, Vieweg+Teubner, 2010

Schellong H., Moderne C-Programmierung: Kompendium und Referenz, Heidelberg, Springer, 2005

Korff, A., Modellierung von eingebetteten Systemen mit UML und SysML, Heidelberg, Spektrum, 2008

In den Laborübungen lernen die Studenten am Beispiel dier SIMATIC S7-1500 und S7-300 wie speicherprogrammierbare Steuerungen bedient und programmiert werden. Als Beispielanwendungen kommen dabei wahlweise ein Fabrikmodell mit verschiedenen Bearbeitungsstationen, ein Festoportalroboter sowie eine Rundtakttischapplikation zum Einsatz. Es werden u.a. folgende Themen behandelt:

• Entwurf und Implementierung von Verknüpfungsfunktionen, Verknüpfungssteuerungen und Ablaufsteuerungen .
• die Programmiersprachen Funktionsbausteinsprache(FUP), Ablaufsprache (GRAPH7), Strukturierten Text (SCL) sowie in geringerem Umfang Kontaktplan (KOP) und Anweisungsliste (AWL)
• Umgang mit Programmiersystemen anhand der Software TIA-Protal von Siemens
• Entwurf und Programmierung graphischer Bedienoberflächen und Integration in ein Automatisierungssystem
• Analogwertverarbeitung mit Automatisierungsrechnern

Ausführliche Laboranleitungen zu den Versuchen

• Entwicklung der Automatisiserungtechnik
• Produktionsprozesse
• Aufgaben der Automatisierungstechnik
• Automatisierungsstrukturen
• Rechnersysteme der Automatisierungstechnik: SPS, PLS, PR, LON, IMC
• Systeme der Fertigungsautomation: CNC, Roboter, Transportsysteme
• Serielle Schnittstellen
• Parallele Buss
• Feldbusse Interbus-S, CAN, Profibus, ASI
• Software MC Step5, Step7, IEC 1131-3, Echtzeitbetriebssysteme

Berger, H., Automatisieren mit Step 7 in AWL und SCL, Erlangen, München, Publicis-MCD-Verlag, 1999

Schnell G., Wiedemann B., Bussysteme in der Automatisierungstechnik, 7. Auflage, Wiesbaden, Vieweg + Teubner, 2008

Langmann, R., Taschenbuch der Automatisierung, 2. Auflage, München, Fachbuchverlag Leipzig, 2010

Individuelle Themenstellung wird in vorgegebener Zeit selbständig bearbeitet und dokumentiert.

Wird von den Betreuern vorgegeben

In einer Einführungsveranstaltung mit Präsenzpflicht werden die Grundlagen wissenschaftlichen Arbeitens reflektiert sowie verbindliche Richtlinien für die schriftliche Dokumentation sowie für die öffentliche Präsentation vorgegeben.

Am Ende der Bearbeitungszeit der Bachelor-Thesis folgt ein öffentlicher Fachvortrag im Umfang von 15-20 Minuten über die eigene Arbeit und deren Randbedingungen, sowie die Präsentation eines Posters hierzu. Das Poster soll so gestaltet sein, dass es die Hochschulöffentlichkeit zur Teilnahme am Vortrag motiviert.

Wird von den Betreuern vorgegeben

• Grundlagen wissenschaftlichen Arbeitens

• Verstehen wissenschaftlicher Texte

• Fragestellungen, Vorgehensweisen und Ergebnisse wissenschaftlicher Studien

• Quellen berufspädagogischer Literatur

• Plagiate und freiwillige Plagiatskontrolle

• Dokumentenstruktur wissenschaftlicher Texte

• Erstellen von Präsentationen wissenschaftlicher Sachverhalte

• Vorträge zur Darstellung wissenschaftlicher Sachverhalte

• aktuelle berufspädagogische Forschungsprojekte

Aktuelle Fachliteratur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben oder zur Verfügung gestellt.

• Strukturen des Bildungssystems der Bundesrepublik Deutschland, aktuelle Entwicklungen und Kritikpunkte

• Strukturen des beruflichen Bildungssystems der Bundesrepublik Deutschland, aktuelle Entwicklungen und Kritikpunkte

• organisatorische Strukturen und rechtliche Grundlagen des dualen Systems der beruflichen Bildung, Berufsbildungsgesetz und einschlägige Regelungen der Handwerksordnung

• Berufsbegriff, Funktionen des Berufs, Arbeits- und Ausbildungsmarkt

• System der beruflichen Schulen: Strukturen in der Bundesrepublik und speziell in Baden-Württemberg

• berufliche Bildung außerhalb des dualen Systems

• berufliche Fort- und Weiterbildung

• Berufsberatung, Berufswahl

Aktuelle Fachliteratur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben oder zur Verfügung gestellt.

• Motivation und Leistung

• Gütekritierien der Leistungsmessung, Bezugsnormen der Leistungsbeurteilung

• wahrnehmungspsychologische Probleme der Leistungsmessung

• Fehlerquellen bei der Leistungsmessung und Leistungsbeurteilung

• Leistungsmessungen und -beurteilungen im schulischen und betrieblichen Kontext

• Leistungsmessungen im offenen/handlungsorientierten Unterricht

• Entwicklung, Durchführung und Auswertung einer Klausur unter Berücksichtigung der Gütekriterien der Leistungsmessung

• Prüfungen im Rahmen der dualen Berufsausbildung

• betriebliche Beurteilungen und Beurteilungsverfahren, Arbeits- und Ausbildungszeugnisse

Aktuelle Fachliteratur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben oder zur Verfügung gestellt.

• Grundlagen des Lehrens und Lernens (z. B. Theorien zum Erwerb und der Repräsentation von Wissen und Fertigkeiten)

• Grundlagen der Entwicklung (z. B. die Entwicklung kognitiver Strukturen im Kindes- und Jugendalter nach Piaget)

• Grundlagen der Lernmotivation

• Grundlagen des sozialen Lernens

Woolfolk, A., Pädagogische Psychologie, München, Boston, Pearson Studium, 2008

Im Rahmen des Seminars Projektmanagement wird eine praxisorientierte Einführung in die Methoden und Vorgehensweisen des modernen Projektmanagements gegeben. Das Seminar umfasst im Einzelnen folgende Inhaltspunkte:

- Projektmanagement: Definitionen, Richtlinien, Nutzen
Projektmanagement und Projekt Definitionen nach DIN;
Determinanten des Projektmanagement-Erfolgs; Das "Magische
Dreieck" des Projektmanagements.

- Projektorganisationsformen
Reine Projektorganisation, Projektkoordination, Matrix-
Organisation

- Projektlebenszyklus
- Projektdefinition
- Projektplanung : Kick-off, Erstellen eines
Projektstrukturplans (PSP); Verfahren der
Aufwandsschätzung; Termin- und Ablaufplanung (Gantt-Chart,
Meilensteinplan; Netzplantechnik), Ressourcen- und
Kostenplanung; Risikomanagement; Praxisanleitung zur
Projektplanung.
- Projektabwicklung/ -controlling : Projektabwicklung,
Qualitäts- und Config.-Management); Techniken zur Erfassung
zukunftbezogener IST-Daten; Datenauswertung (Soll-Ist
Vergleich; Earned-Value Analyse(EVA); Meilenstein Trend
Analyse (MTA)); Definieren von Steuerungsmaßnahmen.
- Projektabschluss : Produktabnahme; Projektabschlußbericht
mit Abschlussanalyse;Projektabschluss-Meeting (Kick-Out);
Feedback zum Projekt.

- Kosten des Projektmanagements

- Einführung in MS Projects - praktische Übung im Team

- Arbeitstechniken zur Unterstützung von Projektmanagement:
Kreativitätstechniken; Problemlösungstechniken;
Kommunikationstechniken; Verhalten und Steuern von
Besprechungen (Videopräsentation).

- Abschlussdiskussion - Feedback der Seminarteilnehmer

Burghardt, M., Einführung in Projektmanagement, 4. Auflage, Erlangen, Publicis MCD Verlag, 2002

Haynes, M. E., Projektmanagement, 3. Auflage, Menlo Park, Calif., Crisp Learning Verlag, 2002

Wischnewski, E., Projektmanagement auf einen Blick, Braunschweig, Wiesbaden, Vieweg, 1993

• Wahrnehmung als Grundlage der Kommunikation
• Nonverbale und verbale Kommunikation, Ebenen der Interaktion
• Selbstbild und Fremdbild: die Wirkung des eigenen Verhaltens kennenlernen
• Einführung in die Transaktionsanalyse
• Übungen zur Transaktionsanalyse: Analyse des individuellenGesprächsverhalten, erkennen und verstehen der Verhaltensweisen anderer
• Charakteristisches Kommunikationsverhalten: Das Struktogramm
• Konkrete Gesprächsstrategien: Ursachen und Wirkungen
• Anwendung der Kommunikationsstrategien in schwierigen Gesprächssituationen
• Erarbeiten und praktische Erprobung von Konfliktlösungsstrategien und Fragetechniken
• Feedback auf das eigene Redeverhalten
• Übungen für ein Assessment-Center

Schulz von Thun, Miteinander reden, Band 1-3, Rowohlt, 1981

• Grundlagen
• Unternehmensführung/Management
• Informationswirtschaft (Externes und internes Rechnungswesen)
• Finanzierung und Investition
• Personalwirtschaft
• Materialwirtschaft
• Produktionswirtschaft
• Absatzwirtschaft/Marketing

Vahs, D., Schäfer-Kunz, J., Einführung in die Betriebwirtschaftslehre, 5. Auflage, Stuttgart, Schäffer-Poeschel-Verlag, 2007

Das Ziel des Betriebspraktikums ist, durch Tätigkeiten in einschlägigen Betrieben das gewählte Berufsfeld soweit kennen zu lernen, dass eine sinnvolle Schwerpunktbildung und Auswahl von Fächern nach eigener Neigung für die Studierenden möglich wird.

Wird im Praktikumsbetrieb bekannt gegeben

• Aufgaben der Leistungselektronik
• Bauelemente der Leistungselektronik
• Wechselstrom- und Drehstromsteller
• Netzgeführte Stromrichter
• Selbstgeführte Stromrichter
• Umrichter
• Verfahren zur Ansteuerung von Stromrichtern

Jäger, R., Stein, E., Leistungselektronik, VDE-Verlag, Berlin, Offenbach, 2011
Schröder, D., Leistungselektronische Schaltungen, 2. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2008
Specovius, J., Grundkurs Leistungselektronik, 2. Auflage, Wiesbaden, Vieweg Verlag, 2008

- Grundsätzlicher Aufbau von Antriebssystemen:
Lasten, Getriebe, Motor, Umformer, Netz
- Grundlagen der Antriebstechnik:
Mechanische Größen, Energieflussbetrachtung, Drehmomenterzeugung, Verluste, Wirkungsgrad
Nennwerte von Elektromotoren, Drehfeld
- Gleichstrommaschinen:
Aufbau, Wirkungsweise, Grundgleichungen, Betriebsverhalten, DC-Motoren mit Permanentmagneterregung
DC-Reihenschlussmotor, Universalmotor
- Synchronmaschinen:
Aufbau, Wirkungsweise, Grundgleichungen, Betriebsverhalten, Einphasenbetrieb, Vergleich Permanent-/ Reluktanz-/Hysterese-Läufer
- Schrittmotoren:
Aufbau u. Schaltung, Stromversorgung und Ansteuerung, Betriebsverhalten, Anwendungen
- Elektronikmotoren:
Aufbau, Ansteuerung und Anwendung
- Linearmotoren für kleine Leistungen

Jäger, R., Stein, E., Leistungselektronik, Berlin, Offenbach, VDE-Verlag, 2011
Specovius, J., Grundkurs Leistungselektronik, 8. Auflage, Wiesbaden, Vieweg Verlag, 2017
Schröder, D., Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen, 4. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2015
Fischer, R., Elektrische Maschinen, 16. Auflage, München, Wien, Hanser Verlag, 2017

- Lastkennlinien und Bewegungsgleichungen elektrischer Antriebe
- Sensoren für elektrische Antriebe
- Wicklungen von Drehfeldmaschinen
- Raumzeigertheorie
- Stationäres mathematisches Modell und Betriebskennlinien der Asynchronmaschine im Grunddrehzahl- und Feldschwächbereich
- Ausführungsformen und Regelungsstruktur stromrichtergespeister Antriebe mit Asynchronmaschinen
- Verfeinertes stationäres mathematisches Modell der permanentmagneterregten Synchronmaschine
- Regelungsstruktur stromrichtergespeister Antriebe mit permanentmagneterregten Synchronmaschinen

Meyer, M., Elektrische Antriebstechnik, Bände 1 und 2., Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 1985

Schröder, D., Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen, 4. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2001

Fischer, R., Elektrische Maschinen, 16. Auflage, München, Wien, Hanser Verlag, 2013

Untersuchung des Betriebsverhaltens von Gleichstrom-, Asynchron-und permanentmagneterregten Synchronmaschinen sowie von Schrittmotoren
- Messtechnische Ermittlung von Maschinenparametern
- Ausmessung von Bauelementen der Leistungselektronik
- Betrieb elektrischer Maschinen mit Thyristor- und Transistorstellgliedern
- Inbetriebnahme von Regelkreisen bei elektrischen Antrieben

Jäger, R., Stein, E., Leistungselektronik, Berlin, Offenbach, VDE-Verlag, 2011
Schröder, D., Leistungselektronische Schaltungen, 3. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2012
Specovius, J., Grundkurs Leistungselektronik, 8. Auflage, Wiesbaden, Vieweg Verlag, 2017
Schröder, D., Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen, 4. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2015
Fischer, R., Elektrische Maschinen, 16. Auflage, München, Hanser Verlag, 2013
Meyer, M., Elektrische Antriebstechnik, Bände 1 und 2, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 1985

Befehlsstrukturen und –verarbeitung in Mikroprozessoren Adressierung der 80x86-Prozessoren Assembler-Source-Code erstellen und umsetzen in Objectcode und ausführbare Dateien Verbindung zum Betriebssystem durch Interrupts Zyklische und verzweigte Programme Flags Stackoperationen Logische und arithmetische Befehle Makros und Prozeduren Periphere Anbindung mit IN und OUT Textausgaben Adressierungsarten Aufbau von Mikrocontrollern Register, RAM, EEPROM, Flash Ports und Peripherie Systementwicklung Tools zum effektiven Arbeiten mit Embedded Systems

Uhlenhoff, A., Mikrocontroller Werkzeugkasten HC12, Aachen, Shaker Verlag, 2002

Heiß, P., PC Assemblerkurs, Heise-Verlag, 1994

• Vorbereitende Arbeiten
• Einrichten einer IDE auf dem PC
• Anwendung der in der VL erlernten Befehle
• Ausführbare Dateien direkt erstellen, also ohne Übersetzungshilfen
• Untersuchung der EXE-Dateien in Hexadezimaldarstellung
• Echtzeitanwendungen
• Textverarbeitung Embedded Systems
• Vollständiger Aufbau eines eigenen Embedded Systems (das vom Studierenden käuflich erworben werden kann)
• Aufbringen eines Bootloaders und eines Betriebssystems
• Verbinden mit einem PC und Datenkommunikation einrichten
• Analoge und digitale Schnittstellen in Programme einbinden
• Zusatzhardware integrieren
• Stand-alone-System aufbauen
• Tools kennen lernen

Laborumdrucke, Hochschule Offenburg, 2019

• wissenschaftstheoretische Grundlagen; zentrale Begriffe

• allgemeine Didaktik, Entwicklung und Grundpositionen

• berufliches Lernen im Wandel

• berufliches Lernen an verschieden Lernorten

• Leistungsmessung und -bewertung in beruflichen Bildungsgängen

Aktuelle Fachliteratur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben oder zur Verfügung gestellt.

Die Inhalte der Vorlesung „Grundlagen der Fachdidaktik technischer Fachrichtungen“ werden in seminaristischer Form nochmals aufgearbeitet und in Bezug auf die jeweiligen Berufsfelder differenziert thematisiert.

Aktuelle Fachliteratur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben oder zur Verfügung gestellt.

• Analyse von Ordnungsmitteln

• Erstellung von Planungsinstrumenten für Lehr-/Lernsituationen unter Berücksichtigung der Anforderungen des Lernfeldkonzepts

• Entwicklung eigener Unterrichtssequenzen

• Entwicklung von Instrumenten zur Leistungsbewertung

Aktuelle Fachliteratur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben oder zur Verfügung gestellt.

• Planung und Durchführung von Hospitationen

• Grenzen der Beobachtbarkeit

• Dokumentation und Auswertung von Hospitationen

• Planung, Durchführung und Reflexion eigenen Unterrichts

• Planung und Durchführung von Hospitationen

• Dokumentation und Auswertung von Hospitationen

• Planung, Durchführung und Reflexion erster eigener Unterrichtssequenzen

• Dokumentation und Auswertung von Unterrichtssequenzen

• Planung von Unterrichtssequenzen auf der Basis didaktischer Modelle

• Dokumentation der geplanten Unterrichtssequenzen

• Durchführung eigener Unterrichtssequenzen

• Reflexion eigener Unterrichtssequenzen

• kriteriengeleitete Beobachtung von Unterricht

• theoriegeleitete Erkundung beruflicher Unterrichtspraxis

Aktuelle Fachliteratur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben oder zur Verfügung gestellt.

• Grundlagen der Kommunikation

• Didaktikbegriff

• Lerntheorien als Grundlage didaktischer Modelle

• Handlungstheorien als Grundlage didaktischer Modelle

• didaktische Modelle: Die didaktische Analyse und das Perspektivenschema zur Unterrichtsvorbereitung nach Klafki

• didaktische Modelle: Das Berliner Modell

• lernzielorientierte Unterrichtsplanung: Lernziele, Lernzieltaxonomien

• Entwicklung beruflicher Handlungskompetenz

• Analyse beruflicher Handlungskompetenz in beruflichen Praxisfeldern

• Lernfeldkonzept

• Konzepte handlungsorientierten Unterrichts

• Projektmethode nach Frey

• Prüfungen in der beruflichen Bildung

• Vorbereitung des Praktikums als theoriegeleitete Erkundung beruflicher Unterrichtspraxis

Aktuelle Fachliteratur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben oder zur Verfügung gestellt.

• Struktur der Erziehungswissenschaften

• anthropologische Erklärungen der Erziehungsbedürftigkeit des Menschen

• erziehungswissenschaftliche Grundbegriffe: Erziehung, Sozialiation, Bildung

• lerntheoretische und entwicklungstheoretische Erklärungen für Sozialisationsvorgänge

• Stufen der moralischen Entwicklung

• berufliche Handlungskompetenz von Lehrerinnen und Lehrern

• Grundlagen der Theorie sozialer Systeme

• Pädagogische Professionalität

• Theorie-Praxis-Verhältnis in der Erziehungswissenschaft

Aktuelle Fachliteratur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben oder zur Verfügung gestellt.

A) Einführung in das Methodische Konsturieren (Ideenfindung, Konstruktionsprinzipien, Gestaltungsregeln, Klärung des Begriffs "Funktion" in der Konstruktionslehre)

B) Einführung in die Praktische Festigkeitslehre (Dauerschwingversuch, Wöhlerlinie, Dauerfestigkeitsschaubilder, Theorie des allgemeinen Verspannungszustands, Invarianten des Spannungstensors, VersagenshypothesenFestigkeitsnachweise nach DIN 743)

C) Betrachtung ausgewählter grundlegender Maschinenelememente: Z.B. Achsen, Wellen, Lager, Bewegungsschrauben, Federn. Dabei mit besonderem Blick auf Berechnungsansätze, die für weitere Maschinenelemente grundsätzliche Bedeutung habe (Dimensionierung, Funktionsnachweise, Festigkeitsnachweise)

• Diskussion allgemeiner und übergreifender Regeln des Funktionsnachweises bei ausgewählten Maschinenelementen
• Diskussion allgemeiner und übergreifender Regeln des Festigkeitsnachweises bei bei ausgewählten Maschinenelementen
• Diskussion von abstrakten Modellierungsansätzen für ausgewählte Maschinenelemente für die Verwendung in Mechatronischen Simulationen

Begleitunterlagen der Veranstaltung

Zur Ergänzung empfohlen:

Roloff, Matek, Maschinenelemente, 2003
Niemann, Winter, Höhn, Maschinenelemente, 2005
Labisch, Technisches Zeichnen, Springer Vieweg 2017
DIN 743

A) Einführung in das Methodische Konsturieren (Ideenfindung, Konstruktionsprinzipien, Gestaltungsregeln, Klärung des Begriffs "Funktion" in der Konstruktionslehre)

B) Einführung in die Praktische Festigkeitslehre (Dauerschwingversuch, Wöhlerlinie, Dauerfestigkeitsschaubilder, Theorie des allgemeinen Verspannungszustands, Invarianten des Spannungstensors, VersagenshypothesenFestigkeitsnachweise nach DIN 743)

C) Betrachtung ausgewählter grundlegender Maschinenelememente: Z.B. Achsen, Wellen, Lager, Bewegungsschrauben, Federn. Dabei mit besonderem Blick auf Berechnungsansätze, die für weitere Maschinenelemente grundsätzliche Bedeutung habe (Dimensionierung, Funktionsnachweise, Festigkeitsnachweise)

• Diskussion allgemeiner und übergreifender Regeln des Funktionsnachweises bei ausgewählten Maschinenelementen
• Diskussion allgemeiner und übergreifender Regeln des Festigkeitsnachweises bei bei ausgewählten Maschinenelementen
• Diskussion von abstrakten Modellierungsansätzen für ausgewählte Maschinenelemente für die Verwendung in Mechatronischen Simulationen

 und Konstruktionsübung.

Begleitunterlagen der Veranstaltung

Zur Ergänzung empfohlen:

Roloff, Matek, Maschinenelemente, 2003
Niemann, Winter, Höhn, Maschinenelemente, 2005
Labisch, Technisches Zeichnen, Springer Vieweg 2017
DIN 743

Modellbildung

• Systembegriff
• Verfahren der Modellbildung
  • Theoretische Modellbildung
  • Allgemeine Systeme
  • Klassifizierung dynamischer Systeme

Vorgehensweise bei der Simulation

• Numerische Integration
• Simulationssysteme
  • Matlab/Simulink
  • Gazebo

Ausgewählte Beispiele zur Simulation mechatronischer Systeme

Glöckler, Simulation mechatronischer Systeme, Wiesbaden, Springer, 2014

Scherf, Modellbildung und Simulation dynamischer Systeme: Eine Sammlung von Simulink-Beispielen, Oldenburg, 2009

• Begriffsbestimmung der Mechatronik

• Entwicklungsprozess mechatronischer Systeme
  • V-Modell
  • Schnittstellenproblematik
  • Zuverlässigkeit mechatronischer Systeme
• Bauteile mechatronischer Systeme:
  • Mechanisch
  • Elektrisch
  • Fluidisch / thermodynamisch
• Modellbildung in der Mechatronik:
  • Theoretische Modellbildung
  • Parameteridentifikation
• Kinematik mobiler Systeme

• Sensoren mechatronischer Systeme
  • Eigenschaften von Sensorsystemen
  • Physikalische Effekte
  • Beschleunigungssensoren
  • Drehratensensoren
  • MEMS Sensorik

• Prozessdatenverabreitung mechatronischer Systeme
  • Signal- und Datenverarbeitung
    • Kleinster Quadrate Schätzer
    • Kartierung

• Ausgewählte Beispiele mechatronischer Systeme

Roddeck, W., Einführung in die Mechatronik, Springer-Vieweg, 2012

Heimann, B., Mechatronik: Komponenten - Methoden - Beispiele, München, Wien, Hanser-Verlag, 2006

Siegwart, R., Introduction to Autonomous Mobile Robots, Cambridge, MIT Press, 2011

- Frequenzgangmessung (Bode-Diagramm und Ortskurve; Schwingversuch)
- Zweipunktregelung
- Analoge und digitale Regler vom PID-Typ
- Lösung von regelungstechnischen Problemen mit Modellbildung und Simulation (Matlab/Simulink)
- Erzeugung von echtzeitfähigem Programm-Code aus einer Computersimulation; Rapid Prototyping

Laborumdrucke, Verschiedene Autoren, Hochschule Offenburg, 2000

Föllinger, O., Regelungstechnik : Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, 10. Auflage, Heidelberg, Hüthig Verlag, 2008

 - Analyse des Strecken- und Regelkreisverhaltens mit Hilfe der Pole und Nullstellen von Übertragungsfunktionen
- Algebraische Stabilitätskriterien
- Vereinfachung des Streckenmodells
- Algebraische Reglerentwurfsverfahren für Standardregler
- Strukturelle Maßnahmen wie Kaskadenregelung, Vorsteuerung und
Störgrößenaufschaltung zur Verbesserung des Regelkreisverhaltens

Föllinger, O., Regelungstechnik: Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, 13. Auflage, Berlin, Offenbach, VDE Verlag, 2013
Lunze, J., Regelungstechnik 1, 10. Auflage, Berlin, Heidelberg, New York, Springer-Verlag, 2014

Das Schaltungstechnik Labor enthält Versuche sowohl für den Bereich der Analogen- wie auch Digitalen Schaltungstechnik. Der Student bearbeitet in Gruppen zu 2 Studenten 6 Versuche aus folgender Auswahl: Kombinatorische Schaltungen: Aufbau Inverter, Stromaufnahme, Übertragungsverhalten, Störabstand, 2-Bit Addierer, Durchlaufzeit, Logikserie CMOS Differenzverstärker: Simulation eines Differenzverstärkers mit dem Programm PSPICE, Gegentakt und Gleichtaktverstärkung, Frequenzgang, Stabilität, Überragungsverhalten. Operationsverstärker: Messung Übertragungskennlinie, Verstärkung, Eingangsoffsetspannung, Frequenzgang des realen Verstärkers für unterschiedliche Verstärkungen, Aufbau eines 2 poligen aktiven Filters mit dem Operationsverstärker und Messung des Übertragungsverhaltens. Programmierbare Logik: Entwurf der kombinatorischen Schaltung eines Vergleichers und der sequentiellen Schaltung eines kaskadierbaren Dezimalzählers bis `99` mit Enable, synchronem Reset und Carry. Programmierung und Funktionsnachweis auf GAL-Logikbausteinen. A/D-Wandler: Vermessung eines D/A-Wandlers auf Linearität und Restfehler. Aufbau eines A/D-Wandlers
nach dem Verfahren der `successive Approximation`. Basisversuche zum Abtasttheorem. Abtastung eines Signals. Phasenregelkreis: Aufbau eines PLL mit unterschiedlichen Phasendetektoren. Untersuchung des Verhaltens im Zeit- wie im Frequenzbereich. Folgeverhalten, Einrastverhalten, Stabilität. Dimensionierung der Regelparameter. Aufbau eines PLL als Synthesizer. SMD- Technologie: Aufbau einer kleinen Schaltung im SMD-Labor mit SMD-Bausteinen an einem Vakuum- Bestückungsplatz. Reflow- Lötvorgang, Qualitätssicherung unter dem Stereo-Mikroskop, Inbetriebnahme. Der Versuch vermittelt den kompletten SMD- Fertigungsvorgang für moderne Elektronik. FPGA- Entwurf eines Frequenzzählers: Auf einem Logikentwurfssystem für FPGAs (ALTERA-MAX II ) wird die Schaltung eines Frequenzzählers ergänzt und in wesentlichen Komponenten digital simuliert. Das Gesamtsystem wird in einen FPGA gebrannt und in Funktion demonstriert. ECL-Technik: Die Besonderheiten der Emitter Coupled Logic werden untersucht. Messtechnik mit Leitungsabschluss, Logikschaltungen, ECL- Zähler bis 150 MHz. Pegel und Störabstände. Impulsmesstechnik. Umgang mit einem hochwertigen Samplingoszillographen.

- Grundlagen der Logik, logische Basisfunktionen, Normalformen.
- Kombinatorische Netze, Schaltnetze, statische Logik.
- Digitale Basisschaltungen, TTL, CMOS, innerer Aufbau, Störabstände.
- Minimisierung logischer Netze mit graphischen und rechnerischen Verfahren.
- Isomorphe und nicht- isomorphe Netze.
- Aritmetische kombinatorische Schaltungen (Addierer, Subtrahierer, Multiplizierer).
- Zeitverhalten, kritischer Pfad, Treiberfähigkeit und Belastung.
- Rückkopplung bei Schaltnetzen, Stabilität, Oszillationen.
- Speicherelemente, Flipflops, Register und ihre Behandlung und Anwendung.
- Grundelemente von Zustandsautomaten und ihr systematischer Entwurf.
- Zustandsdiagramm.
- Moore-Automat, Mealey- Automat, sequentielle Schaltwerke

Jansen, D., Handbuch der Electronic Design Automation, München, Hanser Verlag, 2000

- Verstärkerentwurf: Ideale und reale gesteuerte Quellen zur Modellierung des Verstärkermechanismus`
- Rückgekoppelte Verstärker: Signalflussbild, Schaltung, mathematische Beschreibung
- Differenzverstärker, Operationsverstärker, Fehlerminderung durch Gegenkopplung, idealer - Operationsverstärker,
virtuell- Null- Verfahren, typische Kennwerte kommerzieller Operationsverstärker.
- Schaltungsbeispiele mit Operationsverstärkern: Verstärker mit unterschiedlichen Eigenschaften, Filter,
Messschaltungen; Eigenschaften, Grenzen und Dimensionierungen.
- Stromquellen- und Stromspiegelschaltungen.
- Analog/Digital- und Digital/Analogwandler: Prinzipieller Aufbau in Abhängigkeit von Genauigkeit und
Geschwindigkeit; Verstehen der Spezifikationen, Schnittstellen und Zahlenformate; Kosten- und leistungsgerechte
Bausteinauswahl.

Tietze U., Schenk C., Gamm E., Halbleiter-Schaltungstechnik, 15. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer Vieweg, 2016

Die Vorlesung gibt eine Einführung in die Regelungstechnik und vermittelt die grundlegenden Konzepte zur Analyse von Regelkreisen und dem Entwurf von Reglern für zeitkontinuierliche, lineare Systeme mit einem Eingang und einem Ausgang (SISO-Systeme). Behandelt werden u.a. folgende Inhalte:

• Modellierung dynamischer Systeme
  Beschreibung mechatronischer Systeme mittels Differentialgleichungen; Linearisierung nichtlinearer Differentialgleichungen; Simulation eines Systems mittels MATLAB (System Control Toolbox) und MATLAB-Simulink
• Mathematische Beschreibung und Verhalten von LTI-Systemen
  - Definition und Eigenschaften von LTI-SISO-Systeme
  - Beschreibung und Verhalten im Zeitbereich
    Lösen der Differentialgleichung, Sprungantwort, Impulsantwort, Faltung
  - Beschreibung und Verhalten im Frequenzbereich 
    Anwendung der Laplace-Transformation, Übertragungsfunktion, Frequenzgang, Bode-Diagramm, Ortskurve, Blockschaltbilder
  - grundlegende Übertragungsglieder (P-Glied, I-Glied, PT1, D-Glied, DT1-Glied, PT2-Glied, Totzeit-Glied)
  - Stabilität von Systemen
• Der Regelkreis
  - Der Standardregelkreis
  - Ziele eine Regelung, Reglerentwurfsaufgabe und Anforderungen
  - Stabilität von Regelkreisen
  - stationäres Verhalten von Regelkreisen
  - Standard-Regler vom Typ PID
  - Reglerauslegung im Zeitbereich: (Methoden von Ziegler-Nichols, Methode v. Chien, Hrones und Reswick
  - Reglerauslegung im Frequenzbereich: vereinfachtes Betragsoptimum (Zeitkonstantenkompensation),  Frequenzkennlinienverfahren

O. Föllinger, Regelungstechnik, 12. Auflage, Berlin, VDE Verlag, 2016

J. Lunze, Regelungstechnik I, 11. Auflage, Springer Vieweg, 2016

G. F. Franklin, J. D. Powell, A. Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, Pearson, 7. Auflage, 2014

1. Fourier-Transformation
- Orthogonale und orthonormale Funktionen, endliche und unendliche Fourier-Reihe
- Bestimmung der Fourier-Koeffizienten: Minimierung der Norm des Fehlersignals
- Gibbs'sches Phänomen; Amplituden- und Phasenspektrum
- Übergang zur Fourier-Transformation: Amplitudendichtespektrum
- Einführung der Distribution Dirac- Impuls
- Linearität, Zeitverschiebung, Ähnlichkeitssatz, Nullwertsätze, Parseval'sche Gleichung
- Faltung zweier Zeitfunktionen, graphische Veranschaulichung
- Systembeschreibung: Impulsantwort, Sprungantwort, Faltungsintegral, komplexer Frequenzgang

2. Laplace-Transformation
- Einführung in die Laplace-Transformation; Eigenschaften und Rechenregeln
- Rechnen im Bildbereich;  Hin- und Rücktransformation
- Anwendung der LP-Transformation auf gewöhnliche Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten
- Rechnen mit Delta- und Sprungfunktionen
- Übertragungsfunktionen und Frequenzgänge linearer kontinuierlicher Übertragungssysteme

3. Z-Transformation
- Lineare Abtastsysteme;  Definition und Begriffe
- Rechenregeln der Z-Transformation; Hin- und Rücktransformationen
- Lösung der Differenzengleichungen

Föllinger O., Laplace- und Fourier-Transformation, 10. Auflage, Berlin, Offenbach, VDE-Verlag, 2011

Werner, M., Signale und Systeme, Lehr- und Arbeitsbuch mit MATLAB-Übungen und Lösungen, 3. Auflage, Wiesbaden, Vieweg+Teubner, 2008

Doetsch G., Anleitung zum praktischen Gebrauch der Laplace-Transformation und der Z-Transformation, 6. Auflage, München, Wien, Oldenbourg Verlag, 1989

Festigkeitsbetrachtungen erlauben es, Gefahrenpotentiale für das Versagen mechanischer Strukturen abzuschätzen, und bilden somit die Grundlage für die Dimensionierung von mechanischen Bauteilen und Strukturen wie Roboterstrukturen, Trägern, Wellen etc. Weiterhin ist für die Auslegung von Toleranzen von Interesse, wie sich mechanische Strukturen unter Einwirkung zulässiger Kräfte verformen und welche Spannungen bei Zwangsverformungen entstehen.

A) Im Rahmen der linearen Elastizitätstheorie werden der ein- und mehrachsige Normalspannungszustand sowie die Hookeschen Gesetze für Normal- und Schubspannungsbeanspruchung behandelt.

B) Für biegebeanspruchte Bauteile wird unter Berücksichtigung der Querschnittsform und Belastungseinleitung die Methode zur Berechnung der Biegespannungen erläutert (Biegespannungsfunktion, Flächenträgheitsmomente, Hauptachsen und Hauptträgheitsmomente, gerade und schiefe Biegung). Die Ermittlung der elastischen Verformung mittels Integrationsmethode, Satz von Castigliano und Superpositionsmethode stellt einen weiteren wesentlichen Bestandteil der Behandlung biegebeanspruchter Bauteile dar.

C) Die Ausführung zur Schubbeanspruchung beinhaltet unter anderem den Schubspannungsverlauf bei Querkraftschub sowie die Definition des Schubmittelpunktes.

D) Bei der Behandlung der Torsionsbeanspruchung wird auf die Berechnung der Torsionsschubspannung und die Verformung von Voll- und Hohlquerschnitten eingegangen.

E) Erläutert werden die wichtigsten Vergleichsspannungshypothesen zur Überlagerung von Normal- und Schubspannungen, die Begriffe der Zeit- und Dauerfestigkeit sowie der Kerbwirkung. Behandelt wird die Berechnung statisch überbestimmter Systeme nach verschiedenen Methoden.

F) Stabilitätsprobleme und deren analytische Behandlung werden am Beispiel der Knickung druckbeanspruchter Stäbe (elastische und plastische Knickung) dargelegt.

• Technische Mechanik. Band 2: Elastostatik, Hydrostatik Gross D., Hauger W., Schell W. Springer 2011
• Technische Mechanik, Band 2: Festigkeitslehre, Hibbeler RC, Pearson Studium 2006
• Formeln und Aufgaben zur Technischen Mechanik 2: Elastostatik, Hydrostatik, Gross D., Ehlers W., Schröder J., Springer 2011
• Technische Mechanik, Band 2: Festigkeitslehre, Assmann B., Oldenbourg 2000
• Taschenbuch für den Maschinenbau, Dubbel H.; Beitz W., Küttner K.-H. (Hrsg.), Springer 2011

Die Vorlesung beinhaltet Kinematik und Kinetik. In der Kinematik (Bewegungslehre) wird die Abhängigkeit zwischen den Größen Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Zeit bei der Bewegung von Massenpunkten und starren Körpern ohne Berücksichtigung der die Bewegung verursachenden Kräfte bzw. Momente untersucht.

Für ein- und mehrdimensionale Bewegungsvorgänge mit unterschiedlichem Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitsverhalten werden die entsprechenden Gesetzmäßigkeiten hergeleitet.
Die allgemeine Bewegung starrer Körper wird anschaulich zurückgeführt auf translatorische und rotatorische Phasen; erörtert werden Begriffe wie momentaner Drehpol und Beschleunigungspol. Die Kinematik schließt ab mit der grafischen und analytischen Behandlung von Relativbewegungen.
In der Kinetik werden das d`Alembertsche Prinzip, der Arbeitssatz, der Energieerhaltungssatz sowie der Impuls- und Drehimpulssatz für Massenpunkte und starre Körper behandelt und zur Lösung unterschiedlicher Aufgabenstellungen (z.B. bei Wurf, Rotationsbewegung und Stoßvorgänge) herangezogen. Die Ausführungen zur Kinetik starrer Körper beinhalten weiterhin die Berechnung der Massenträgheitsmomente und die Gesetze der Kreiselbewegung bei geführter Achse.
Im dritten Komplex werden freie und erzwungene Schwingungen mit einem Freiheitsgrad (ungedämpft und gedämpft) sowie ungedämpfte Mehrmassensysteme (z.B. Ermittlung kritischer Drehzahlen) untersucht. Besonderes Gewicht wird auf die Ermittlung von Eigenschwingungsformen und -frequenzen gelegt.

Ausgewählte Anwendungsbeispiele und wöchentliche Übungen sind wichtiger Bestandteil der Lehrveranstaltung.

Hibbeler, R.C., Technische Mechanik, Band 3: Dynamik, Pearson Studium 2006
Gross, D., Hauger, W., Schell, W., Schröder, J., Technische Mechanik, Band 3: Kinetik, Springer, 2008
Assmann, B., Technische Mechanik, Band 3: Kinematik und Kinetik, Oldenbourg, 2010
Dubbel, H., Beitz, W., Küttner, K.-H., Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer, 2007

Grundlagen der Zerspanung mit geometrisch definierter Schneide
Kinematik der Zerspanung
Spanungsgrößen, Spanbildungsvorgang, Spanarten und Spanformen
Mechanische, thermische und chemische Beanspruchung beim Spanen
Schneidstoffe, Werkzeugverschleiss,Kühlschmierstoffe
Zerspanbarkeit und Gefüge bei Eisenwerkstoffen
Zerspanbarkeit von Stählen, Eisengusswerkstoffen und Aluminiumlegierungen

Drehen:
Drehverfahren, Drehwerkzeuge
Oberfläche beim Drehen, Werkstückspannelemente, Technologie beim Drehen, Kraft- und Leistungsermittlung, Ermittlung der Zeiten und Wege, Fehler beim Drehen und deren Behebung
Bohren, Senken, Reiben:
Bohrverfahren, Zerspanprozess Bohren am Beispiel eines Wendelbohrers, Bohrwerkzeuge, Bohrerspannelemente, Technologie beim Bohren, Kraft- und Leistungsermittlung, Wege und Zeiten, Fehler beim Bohren, Senken, Reiben, Gewindebohren

Fräsen:
Fräsverfahren, Walzenfräsen/Umfangsfräsen, Stirnfräsen, Drehfräsen, Gewindefräsbohren, Werkzeugspannelemente, Technologie beim Fräsen, Fehler beim Fräsen.
Weitere spanende Fertigungsverfahren.

Blume, F., Einführung in die Fertigungstechnik, VEB, 1990

Fritz/Schulze, Fertigungstechnik, VDI, 1995

König, W., Fertigungsverfahren Bd.1,2, VDI, 1990

Spur, G, Stöferle, T., Handbuch der Fertigungstechnik, Bd. 3/2 Spanen, Carl Hanser, 1980

Tschätsch, H., Handbuch der Spanenden Formgebung, Hoppenstedt, 1991

Schönherr, H., Spanende Fertigung, Oldenbourg, 2002

Schulz, H., Vorlesungsskipt Fertigung und Werkzeugmaschinen, 2000

Vieregge, G., Zerspanung der Eisenwerkstoffe, Bd. 16, Stahleisen, 1970

Bisher wurden regelmäßig CAD/CAE und Schweißtechnik mit Labor angeboten.

Lerninhalt bei der Wahl von CAD/CAE:
In diesem Modulbaustein soll das sinnvolle Bedienen moderner Systeme erlernt werden. Neben fortgeschrittenen Bedienfunktionen, parametrischer Konstruktion und Konstruktionsänderungen in einer vorhandenen Baugruppe sollen FEM- und MKS-Berechnungen an Einzelteilen und Baugruppen direkt aus dem CAD erlernt werden. Dabei sollen Festigkeits- und Wärmeleitungseigenschaften der Werkstoffe berücksichtigt werden.

Lerninhalte bei der Wahl von Schweißtechnik mit Labor:
Die Studierenden sollen in der Lage sein, unter Berücksichtigung der Konstruktions- und Werkstoffvorgaben die einzelnen Schweißverfahren und thermischen Trennverfahren kritisch zu beurteilen und anzuwenden. Um dieses Wissen zu erwerben, ist die Arbeit in kleinen Teams innerhalb des Schweißlabors hilfreich.

Wird jeweils von den Dozenten des Wahlmoduls angegeben oder kann dem entsprechenden Modulhandbuch entnommen werden.