Bachelor-/Master-Arbeiten

Zum Thema „Ontologie-basierte semantische Integration für die prädiktive Instandhaltung und die integrierte Produktions- und Instandhaltungsplanung in dynamischen Fertigungssystemen“ ab sofort

Motivation:

  • Digitalisierte Fertigungssysteme erzeugen große Mengen heterogener Daten, auf deren Basis Methoden der prädiktiven Instandhaltung (Anomalieerkennung, Schätzung der Restlebensdauer/RUL) eine zustandsorientierte Produktions- und Instandhaltungsplanung ermöglichen. Um KI-Systeme für die Produktionsplanung und -steuerung zu entwickeln, die auf dem Zusammenspiel verschiedener Komponenten – eines digitalen Zwillings, eines Reinforcement-Learning-Agenten und eines Meta-Learning-Systems – beruhen, ist ein gemeinsames, eindeutiges Verständnis der Domänenbegriffe notwendig. Ontologien stellen genau dieses bereit: eine formale, maschineninterpretierbare Beschreibung des Domänenwissens, die die Grundlage für die semantische Integration heterogener Quellen sowie für eine service-orientierte Architektur (SOA) bildet.

Problemstellung:

  • Bislang fehlt ein gemeinsames semantisches Modell, das Informationen aus Zustandsüberwachung und Prognose mit den Produktions- und Instandhaltungsplanungsprozessen verknüpft; zentrale Begriffe (Maschinen- und Komponentenzustände, Anomaliemerkmale, RUL, prognostische Verfahren, KPIs, Planungsentscheidungen) sind nicht formal definiert. Offen ist zudem, wie dieses Wissen über Dienste (SOA) als Integrationsschicht bereitgestellt werden kann. Die Herausforderung besteht darin, eine Ontologie zu entwickeln, welche die Domäne und die zugehörigen Entscheidungs- und Planungsprozesse ganzheitlich beschreibt, und geeignete SOA-Alternativen vergleichend zu bewerten.

Zielsetzung:

  • Ziel dieser Arbeit ist es, eine Domänen-Ontologie zu entwickeln, die Zustandsüberwachung, Prognose und integrierte Produktions- und Instandhaltungsplanung semantisch integriert, sowie geeignete SOA-Alternativen zu ihrer Bereitstellung vergleichend zu bewerten. Ergebnisse sind die formalisierte Ontologie und eine Referenzmatrix zur Auswahl einer geeigneten SOA-Variante

    Die Arbeit kann ausfolgenden Bausteinen bestehen:
  • Recherche: Stand der Forschung zu Ontologien in Produktion und Instandhaltung, Methodiken des Ontologie-Engineerings (z.B. METHONTOLOGY, NeOn), Wissensrepräsentation (z.B.OWL) sowie SOA- und semantische Web-Service-Architekturen.
  • Anforderungsanalyse / Spezifizierung: Erhebung der Domänen- und Integrationsanforderungen und Ableitung von Kompetenzfragen (Ontology Requirements Specification) aus den Entscheidungs- und Planungsprozessen.
  • Modellierung (Konzeptualisierung & Formalisierung): Konzeptualisierung der Domäne (Fertigungs- und Instandhaltungskonzepte, Maschinen-/Komponentenzustände, Anomalie- und RUL-Konzepte, Planungsprozesse, KPIs, Dienste) und Formalisierung als Liefer-Ontologie in OWL mit Protégé.
  • SOA-Bewertung: Vergleich der SOA-Alternativen (z.B. SOAP/WSDL, REST-Microservices, Ontology-as-a-Service) und Erstellung einer Referenzmatrix anhand definierter Kriterien (Interoperabilität, Performance zur Laufzeit, semantische Ausdrucksmächtigkeit, Standard-/Werkzeugreife sowie Integrationsaufwand).

Voraussetzungen:

  • Abgeschlossenes Bachelorstudium (Produktionstechnik, Wirtschaftsingenieurwesen, Systems Engineering, oder Vergleichbares)
  • Sehr gute Deutschkenntnisse in Wort und Schrift
  • Sehr gute Englischkenntnisse
  • Interesse an Wissensmodellierung, Semantic Web und Produktionssystemen
  • Selbstständiges Arbeiten und hohe Zuverlässigkeit

Ansprechpartner:

Ricardo Caballero, M.Sc.
cab@biba.uni-bremen.de

Zum Thema „Untersuchung zur LLM-basierten Produktevaluation am Beispiel integrierter Gehäuse- Softwaredesigns modularer OutdoorAR-Tablets “ ab sofort

Hintergrund:

  • Entwicklung und LLM-basierte Optimierung modularer Outdoor-AR-Tablets für professionelle Anwendungen
  • Fokus auf Gehäusedesign, Ergonomie und Fertigung mittels CAD und 3D-Druck

Aufgabenbeschreibung:

  • Analyse bestehender Gehäuse- und Hardwarekonzepte
  • Entwicklung von Gehäusevarianten in CAD
  • Prototypische Umsetzung mittels 3D-Druck und Bewertung der Konzepte
  • LLM-basierte Evaluation

Zielsetzung:

  • Verbesserung von Ergonomie, Robustheit und Modularität des Tablet-Gehäuses
  • Ableitung von Empfehlungen zur frühzeitigen LLM-Evaluation in die Produktenwicklung

Voraussetzung:

  • Gute Englischkenntnisse (wichtig für das Verstehen von wissenschaftlichen Papieren)
  • Sehr gute Deutschkenntnisse in Wort und Schrift
  • Selbstständiges Arbeiten und hohe Zuverlässigkeit
  • Abgeschlossenes Bachelorstudium des Maschinenbaus, Systems Engineering oder vergleichbarer Fachrichtungen
  • Grundkenntnisse in CAD-Konstruktion und idealerweise 3D-Druck
  • Interesse an Hardwareentwicklung und prototypischer Umsetzung

Ansprechpartner:

BIBA, Forschungsbereich: 
Rieke Leder 
E-Mail: led@biba.uni-bremen.de 
Tel.: 0421 / 218 - 50?056

Zum Thema „Konzeptionierung und Implementierung einer Lokalisierungslösung mit V-SLAM für AR-Anwendungen zur AMR-Steuerung“, Masterarbeit

 
Motivation:

Autonome mobile Roboter (AMR) werden zunehmend in Produktion und Logistik eingesetzt. Für eine intuitive Bedienung und Visualisierung von Zuständen, Fahrwegen oder Prozessinformationen bietet Augmented Reality (AR) großes Potenzial. Voraussetzung hierfür ist eine zuverlässige Lokalisierung des AR-Endgeräts in der realen Umgebung relativ zum AMR.

Problemstellung:

Für Innenräume eignen sich satellitengestützte Lokalisierungsverfahren in der Regel nicht. Stattdessen werden kamerabasierte Methoden benötigt, die auch in dynamischen Hallenumgebungen robuste Ergebnisse liefern. Ein vielversprechender Ansatz ist VisualSLAM (V-SLAM), bei dem sich das Endgerät anhand visueller Merkmale lokalisiert und gleichzeitig eine Umgebungskarte nutzt bzw. erstellt.

Zielsetzung:

In der Arbeit soll eine funktionsfähige V-SLAM-Lösung in die bestehende AMR-Umgebung integriert und unter realen Bedingungen getestet werden. Optional können ArUco-Marker zur Referenzierung oder Stabilisierung eingesetzt werden.

  • Analyse geeigneter V-SLAM-Technologien für mobile AR-Endgeräte
  • Auswahl und Implementierung einer geeigneten Systemarchitektur
  • Integration der Lokalisierung in die bestehende AMR-Umgebung
  • Entwicklung eines AR-Demonstrators zur Visualisierung relevanter Informationen
  • Erprobung mit realen AMRs im Testumfeld
  • Bewertung hinsichtlich Genauigkeit, Stabilität und Performance
Voraussetzungen:
  • Abgeschlossenes Bachelorstudium (Wirtschaftsingenieurwesen, Produktionstechnik, Systems Engineering oder vergleichbares)
  • Sehr gute Deutschkenntnisse in Wort und Schrift
  • Gute Englischkenntnisse (wichtig für das Verstehen von wissenschaftlichen Papieren)
  • Gute Programmierkenntnisse (erste Erfahrungen mit ROS, Unity, OpenCV, etc. von Vorteil)
  • Interesse an Computer Vision, AR und mobiler Robotik
  • Selbstständiges Arbeiten und hohe Zuverlässigkeit
Ansprechpartnerin:
 
Laura Mittelsdorf
E-Mail: mil@biba.uni-bremen.de
Tel.: 0421 / 218 - 50 058

Zum Thema „Optimierung des 3D Bin Packing Problems mittels Deep Reinforcement Learning“ ab sofort oder später

Motivation:

  • Die effiziente 3D-Beladung von Ladeträgern ist ein entscheidender Faktor für die Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit in der Logistik. Da klassische, regelbasierte Algorithmen bei steigender Komplexität und dynamischen Randbedingungen oft versagen, bietet Deep Reinforcement Learning (DRL) das Potenzial für adaptive und hochoptimierte Packstrategien.

Problemstellung:

  • Das 3D Bin Packing Problem ist ein NP-hartes Optimierungsproblem, bei dem Objekte variabler Geometrie unter Einhaltung physikalischer Randbedingungen (z. B. Stapelbarkeit, Gewichtsverteilung) optimal platziert werden müssen. Die Herausforderung besteht darin, ein Modell zu entwickeln, das trotz hoher Zustandsraumkomplexität in Echtzeit stabile Lösungen generiert.

Zielsetzung:

  • Gegenstand der Arbeit ist die Entwicklung und Evaluation eines Reinforcement Learning Ansatzes zur autonomen Optimierung der 3D-Packdichte sowie dessen Benchmarking gegenüber klassischen Heuristiken unter Berücksichtigung systemtechnischer Randbedingungen. Dies kann bestehen aus:
  • Recherche: Analyse des aktuellen Stands der Forschung.
  • Modellierung: Definition des State Space, Action Space und einer Reward-Funktion.
  • Implementierung: Aufbau einer Simulationsumgebung und Training des Agenten unter Berücksichtigung systemtechnischer Randbedingungen.
  • Validierung: Vergleich der erzielten Ergebnisse mit klassischen Heuristiken hinsichtlich geeigneter Metriken.

Voraussetzungen:

  • Abgeschlossenes Bachelorstudium (Wirtschaftsingenieurwesen oder Produktionstechnik)
  • Gute Englischkenntnisse (wichtig für das Verstehen von wissenschaftlichen Papieren)
  • Sehr gute Deutschkenntnisse in Wort und Schrift
  • Selbstständiges Arbeiten und hohe Zuverlässigkeit
  • Gute Programmierkenntnisse in Python
  • Erste Erfahrungen mit Machine Learning Frameworks und Konzepten

Ansprechpartner:

Nicolas Jathe 
E-Mail: jat@biba.uni-bremen.de
Tel.: 0421 / 218 - 50048

Zum Thema „Bild-gestützte Analyse von Kranaufbauten“ ab sofort, Masterarbeit

 
Hintergrund:
  • Fehlmontagen bei Kränen sind sicherheitskritisch
  • KI-basierte Objekterkennung basierend auf synthetischen Trainingsdaten bietet neue Lösungsansätze
Aufgabenbeschreibung:
  • Generierung synthetischer Bilddaten verschiedener Kranmontagezustände
  • Training eines Objekterkennungsmodells zur Detektion von Gegengewichten
  • Validierung mit realen und synthetischen Bildquellen (z.B. Drohnenaufnahmen).
Zielsetzung:
  • Entwicklung eines KI-Prototyps zur visuellen Prüfung der Kranmontage
Voraussetzungen:
  • Kenntnisse in Python und Deep Learning (z.B. YOLO).
  • Interesse an 3D-Tools wie Omniverse, Blender o.ä.
  • Optional Interesse an Drohnen im industriellen Anwendungen.
Ansprechpartner:
 
BIBA, Forschungsbereich: Intelligente Produktions- und Logistiksysteme (IPS)
Nicolas Jathe
E-Mail: jat@biba.uni-bremen.de
Tel.: 0421 / 218 - 50048