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Die Anforderungen an Fertigungsanlagen entwickeln sich zunehmend in Richtung Flexibilisierung und Personalisierung fort, um individuellen Kundenwünschen gerecht zu werden. In diesem Kontext gewinnt das Flexible Job-Shop Scheduling Problem an Bedeutung: Es beschreibt die Herausforderung, verschiedene Aufträge mit mehreren Arbeitsschritten auf wechselnde Maschinen so zu planen, dass alle Schritte in möglichst optimaler Reihenfolge bearbeitet werden. Im Gegensatz zu starren Systemen können einzelne Arbeitsschritte dabei auf unterschiedlichen Maschinen ausgeführt werden. Ziel ist es, die Produktionszeit zu minimieren und die Nutzung der Maschinen optimal zu gestalten, um den komplexen Anforderungen moderner Fertigung gerecht zu werden.
Da es sich beim Flexible Job-Shop Scheduling Problem um ein kombinatorisches Optimierungsproblem handelt, das in Abhängigkeit der Größe der Produktionsanlage sehr komplex werden kann, bietet sich für eine dynamische Lösungsfindung die Methodik des Multi-Agent Reinforcement Learnings (MARL) an.
Ziel dieser Arbeit ist es, ein Scheduling Problem einer simulierten Produktionsanlage durch Entwicklung und Training eines Muli-Agent Reinforcement Learning Systems zu lösen.

Deine Aufgaben:

• Einarbeitung in den Stand der Technik zum Lösen des Flexibel Job-Shop Scheduling Problems und MARL
• Mathematische Beschreibung des Problems
• Erstellung einer Simulation einer Fertigungsanlage als Trainingsumgebung
• Konzeptionierung eines MARL-Systems
• Umsetzung und Training des MARL-Systems
• Validierung des Systems als flexiblen Scheduler

Dein Profil:

• Fortgeschrittene Programmierkenntnisse
• Affinität für maschinelles Lernen und dessen Anwendung in der Produktion
• Strukturierte, selbstständige Arbeitsweise
• Sicherer Umgang mit Deutsch und Englisch in Wort und Schrift

Voraussetzungen:
Für diese Arbeit werden ein sicherer Umgang mit Python sowie Vorerfahrungen im Trainieren von RL-Modellen vorausgesetzt. Bitte stellt in eurer Bewerbung dar, wie ihr diese Voraussetzungen erfüllt.

Die Arbeit kann ab sofort bearbeitet werden. Bewerbung bitte per Mail an untenstehenden Kontakt richten und Lebenslauf sowie aktuellen Notenauszug anfügen.

Die zunehmende Elektrifizierung erfordert effiziente Methoden zur Charakterisierung von Elektromotoren. Oftmals werden kostengünstige Motoren ohne detaillierte technische Daten geliefert, was ihre Integration in technische Systeme erschwert. Die vorliegende Masterarbeit zielt darauf ab, einen bereits mechanisch fertiggestellten Prüfstand zu vervollständigen, um die unbekannten Eigenschaften solcher Motoren systematisch zu erfassen.

Die Kernaufgabe der Arbeit ist die Integration der gesamten Mess- und Steuerungselektronik sowie die Entwicklung der zugehörigen Software. Der Prüfstand soll in der Lage sein, Leistung, Effizienz sowie mechanische Eigenschaften wie Drehmoment und Drehzahl unter realitätsnahen Bedingungen zu messen und zu analysieren.

Vorgehensweise und Aufgabenbeschreibung

1. Recherche und Konzeption der Elektronik und Software

• Systemanalyse: Analyse der Anforderungen für die Messung von Drehmoment, Drehzahl und weiteren relevanten Parametern (z.B. Strom, Spannung, Temperatur).
• Komponentenauswahl: Auswahl und Begründung der geeigneten Sensoren (Drehmoment, Drehzahl), eines Mikrocontrollers oder einer alternativen Steuerungshardware (z.B. FPGA, Single-Board-Computer), sowie der zugehörigen Signalaufbereitungs- und Steuerungselektronik.
• Softwarearchitektur: Entwurf der Softwarestruktur für die Ansteuerung des Motors und die Auswertung der Sensordaten, einschließlich der Konzeption einer intuitiven Benutzeroberfläche (GUI).

Inmitten des wachsenden Spektrums elektrischer Antriebstechnologien, wie dem inzwischen etablierten Hairpin-Motor und aufstrebenden Varianten wie Continuous Hairpin, Hairpins aus Hohlleitern oder Litzen und Axialflussmaschinen, steht das Richten von Flachdraht als zentraler Prozessschritt im Fokus. Die gegenwärtige Herausforderung im industriellen Umfeld liegt in der Steuerung dieses Prozesses, der bisher auf statischen Parametern und dem empirischen Wissen von Facharbeitern basiert und Schwankungen im Eingangsmaterial nur unzureichend berücksichtigt.

Mögliche Aufgabenstellungen:

Im Rahmen aktueller Forschungsaktivitäten am Lehrstuhl FAPS soll der Prozessschritt des Richtens von Flachdraht durch die Erforschung und Implementierung inlinefähiger Sensorik zur Erfassung von Wechselwirkungen im Prozess sowie innovativer Regelungsansätze revolutioniert werden. Auf diese Weise soll die Qualität in der Hairpin-Produktion effektiv und effizient gesteigert und ein wichtiger Beitrag zur Weiterentwicklung neuer Trends in der Automobilindustrie geleistet werden.

Mögliche Themengebiete:

• Planung und Konstruktion von Anlagenkomponenten
• Erforschung neuer Messmethoden
• Implementierung und Validierung von Messsystemen
• Planung und Durchführung von experimentellen Untersuchungen
• KI-gestützte Analyse und Interpretation experimenteller Daten
• Modellierung und Simulation der Produktionsprozesse

Detaillierte Informationen zu den möglichen Themengebieten und deren Aufgabenstellungen werden gerne in einem persönlichen Gespräch erläutert.

Anforderungsprofil:

• Interesse an der Produktion elektrischer Traktionsantriebe
• Je nach Themengebiet: Grundkenntnisse in Konstruktion, Messtechnik, Werkstoffkunde, Programmierung, Datenanalyse (KI/ML) oder Regelungstechnik
• Freude an praktischer Arbeit wie z.B. Durchführung und Auswertung von Versuchsreihen oder Aufbau von Messtechnik
• Analytisches Denkvermögen sowie selbstständige, gewissenhafte und strukturierte Arbeitsweise
• Teamfähigkeit und Kommunikationsstärke
• Gute Deutsch- und Englischkenntnisse in Wort und Schrift

Bewerbung per E-Mail mit Lebenslauf, aktuellem Notenspiegel und Angabe des bevorzugten Themengebietes an anja.preitschaft@faps.fau.de

Masterarbeit: Optimierung industrieller Energienetze – Ein strategischer Leitfaden

Moderne Industrieunternehmen stehen vor wachsenden Herausforderungen in ihren internen Energienetzen. Die zunehmende Digitalisierung, Elektrifizierung und Integration erneuerbarer Energien führen zu Problemen wie hohen Kosten durch Lastspitzen, ineffizienter Energieübertragung durch Blindleistung und Produktionsausfällen durch mangelhafte Spannungsqualität (Power Quality). Diese Masterarbeit hat das Ziel, einen strategischen Leitfaden zu entwickeln, der Unternehmen bei der systematischen Analyse und Optimierung ihrer Energienetze unterstützt. Der Fokus liegt dabei auf der Analyse und dem Vergleich relevanter Technologien für Lastmanagement und Power Quality sowie der Validierung durch eine simulationsgestützte Anwendung.

⟦AI-MARK: 2025-08-12|ProjectID:MA-42⟧

1. Theoretische Grundlagen und Stand der Technik

1.1 Analyse der Kernprobleme

• Lastspitzenmanagement (Peak Shaving): Die Arbeit erklärt die Ursachen für Lastspitzen, ihre wirtschaftlichen Auswirkungen auf Netzentgelte und die Notwendigkeit ihrer Glättung.
• Blindleistung und Leistungsfaktor (cos φ): Es werden die technischen Grundlagen der Blindleistung, ihre negativen Auswirkungen auf Kosten, Netzverluste und Übertragungskapazität dargestellt.
• Power Quality (PQ): Power Quality wird definiert und die Hauptstörfaktoren wie Oberschwingungen, Spannungsschwankungen und Flicker werden beschrieben.

1.2 Systematische Analyse der Lösungsansätze

Es erfolgt eine detaillierte Analyse der relevanten Technologien, die nach ihrem Anwendungsgebiet gegliedert sind. Für jede Technologie werden das Funktionsprinzip, der typische Nutzen im Fabriknetz sowie Vor- und Nachteile erörtert.

• Wirkleistungsmanagement: Hierzu zählen Technologien wie Batterie-Energie-Speichersysteme (BESS), Ultracaps, Flywheel-Speicher sowie Demand Side Management (DSM) und Power-to-Heat/-Cold.
• Blindleistungskompensation und Spannungsstabilisierung: Analysiert werden unter anderem Konventionelle Kompensationsanlagen, rotierende Phasenschieber, der Dynamic Voltage Restorer (DVR) und der Static Synchronous Compensator (STATCOM).
• Oberschwingungsfilterung: Es wird zwischen passiven (PHF), aktiven (AHF) und hybriden Oberschwingungsfiltern unterschieden.
• Netzqualität und Versorgungssicherheit: Weitere untersuchte Technologien sind USV-Systeme, Solid-State Transformer (SST), Fault Current Limiter (FCL), Synchrophasor-Messsysteme (PMU) und automatisierte Netzumschalter (ATS).
• Integration dezentraler Quellen: Die Arbeit beleuchtet auch PV-Wechselrichter mit Netzstützfunktion, Mikronetze (Microgrids) und Hybrid Energy Management Systems (HEMS).

2. Vergleichende Analyse und strategischer Leitfaden

Dieser Teil befasst sich mit der Entwicklung eines praktischen Entscheidungsrahmens für die Implementierung der Optimierungsmaßnahmen.

2.1 Technologievergleich und Wirtschaftlichkeitsanalyse

Eine umfassende Vergleichsmatrix wird erstellt, um die Technologien anhand von Kriterien wie Reaktionszeit, Funktion, Investitions- und Betriebskosten sowie idealen Anwendungsfällen zu bewerten. Zudem wird eine Wirtschaftlichkeitsanalyse durchgeführt, die zwischen Maßnahmen mit direktem Kostennutzen (z. B. Kompensation) und strategischen Investitionen (z. B. Risikominimierung) differenziert. Typische Amortisationszeiten werden ermittelt.

2.2 Konzeption eines mehrstufigen Implementierungsrahmens

Es wird ein strategischer Leitfaden in Form eines mehrstufigen Ansatzes entwickelt:

• Analysephase: Bedeutung einer detaillierten Netzanalyse zur Identifizierung der Probleme.
• Basismaßnahmen: Priorisierung von Maßnahmen mit kurzer Amortisationszeit.
• Gezielte Problemlösung: Auswahl der passenden fortschrittlichen Technologie basierend auf dem spezifischen Problemprofil.
• Systemische Integration: Entwicklung eines Konzepts zur Integration aller Komponenten in ein intelligentes Energiemanagementsystem (EMS).

3. Simulationsgestützte Validierung

In diesem letzten Teil wird die Relevanz des entwickelten Leitfadens durch Simulationen validiert.

3.1 Aufbau eines Simulationsmodells

Es wird ein repräsentatives Modell eines industriellen Energienetzes in einer spezialisierten Softwareumgebung (z. B. Python-basierte Bibliotheken wie pandapower) erstellt. Dieses Modell beinhaltet typische Lastprofile mit Störfaktoren und die bestehende Netzinfrastruktur. Die zu untersuchenden Technologien werden ebenfalls in das Modell integriert.

3.2 Simulation von Anwendungsszenarien

Simuliert werden typische Netzprobleme, wie hohe Spannungsabfälle oder Blindleistungsschwankungen. Anschließend werden die im Leitfaden vorgeschlagenen Lösungen im Modell angewendet, um deren Effekte zu demonstrieren, beispielsweise:

• Lastspitzenkappung durch BESS.
• Dynamische Blindleistungskompensation durch STATCOM.
• Oberschwingungsfilterung durch AHF.

Die Ergebnisse werden anhand von quantifizierbaren Kennzahlen (z. B. THD-Wert, maximale Lastspitze) verglichen.

3.3 Interpretation und Validierung der Ergebnisse

Die Simulationsergebnisse werden analysiert, um die technische Wirksamkeit und Effizienz der Technologien zu bestätigen. Sie dienen auch dazu, die theoretische Wirtschaftlichkeitsanalyse zu untermauern. Abschließend werden die Grenzen des Modells und die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf reale Anlagen diskutiert.

Voraussetzungen

• Hohes Interesse an Nachhaltigkeit, elektrischer Energieversorgung und Modellierungstechniken

• Idealerweise erste praktische Erfahrungen mit elektrischer Energietechnik

• Grundkenntnisse in Python-Programmierung Python

• Sehr gute Deutschkenntnisse (mindestens Niveau C1) und gute Englischkenntnisse

• Selbstständige und strukturierte Arbeitsweise

Bei Interesse senden Sie bitte eine E-Mail mit Lebenslauf und Notenspiegel an
📧 alexander.schneider@faps.fau.de

Ausgangssituation

All-Solid-State-Batterien (ASSB) mit oxidischen Festkörperelektrolyten zählen zu den vielversprechendsten Technologien der nächsten Batteriegeneration. Besonders ihre hohe thermische Stabilität und die sicherheitsrelevanten Vorteile gegenüber polymerbasierten Systemen machen sie zum Fokus internationaler Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten.

Trotz zahlreicher Fortschritte bestehen weiterhin erhebliche Herausforderungen, insbesondere hinsichtlich Skalierbarkeit, Materialverfügbarkeit und industrieller Umsetzung. In Europa ist der Überblick über relevante Akteure, technologische Reifegrade und konkrete Entwicklungsvorhaben oft unvollständig. Vor diesem Hintergrund gewinnt eine strukturierte Analyse zunehmend an Bedeutung, sowohl zur systematischen Erfassung aktueller technologischer Trends als auch zur Entwicklung eines konsistenten Prozessverständnisses für künftige Anwendungen.

Aufgabenstellung

Im Rahmen der Arbeit soll das technologische Potenzial oxidischer All-Solid-State-Batterien entlang der folgenden Schwerpunkte untersucht werden:

• Durchführung einer fundierten Literaturrecherche zu aktuellen Materialien, Herstellungsverfahren und Zellarchitekturen
• Technologische Bewertung oxidischer Festkörperelektrolyte hinsichtlich Performance, Sicherheit und Skalierbarkeit
• Bewertung alternativer Technoligen zum Einsatz zur Metallisierung der Festelektrolyten
• Entwicklung eines Kriterienkatalogs zur strukturierten Bewertung von Unternehmensaktivitäten (z. B. Roadmaps, Patente, Messeauftritte, Kooperationen)
• Aktive Kontaktaufnahme zu ausgewählten Industriepartnern (Startups, etablierte Zellhersteller, Maschinenbau)
• Aufbereitung und Dokumentation der Ergebnisse (z. B. in Form einer Mapping-Übersicht oder Fallstudien)
• Ableitung von Implikationen für zukünftige Forschungsthemen am FAPS

Potenzielle Arbeitspakete

• Einarbeitung in das Themengebiet Festkörperbatterien mit Fokus auf oxidische Systeme
• Erstellung eines Bewertungsschemas für industrielle Aktivitäten und Reifegrade
• Identifikation und Kontaktaufnahme zu Industrieakteuren
• Interviews, Messeberichte oder Sekundäranalysen zur Informationsgewinnung
• Strukturierte Dokumentation der Ergebnisse in wissenschaftlicher Form

Vorkenntnisse

• Grundkenntnisse in Batterietechnologien (z. B. aus Vorlesungen oder Praktika)
• Interesse an angewandter Forschung und Technologieanalyse
• Kommunikationsfähigkeit für externe Anfragen und Interviewführung
• Sicherer Umgang mit wissenschaftlicher Literatur und Internetrecherche
• Gewünscht, aber nicht zwingend erforderlich, sind Kenntnisse im Bereich der Oberflächenkontaktierung

(falls keine Vorkenntnisse vorhanden sind, ist eine themenspezifische Einarbeitung vor Beginn erforderlich)

Voraussetzungen

• Begeisterung für das Fachgebiet
• Hohe Motivation und Einsatzbereitschaft
• Strukturierte und eigenständige Arbeitsweise
• Arbeiten im Team
• Sehr gute Deutsch und Englischkenntnisse

Beginn

• Ab sofort und jederzeit möglich

Sonstiges

• Bearbeitung der Arbeit kann jedoch größtenteils im Home-Office erfolgen
• Der Arbeitsumfang kann je nach Art der Arbeit (BA/PA/MA) angepasst werden

Bewerbung

• Bewerbung mit Lebenslauf und aktueller, vollständiger Notenübersicht bitte per E-Mail an Thomas Hanf  (kein Anschreiben oder Motivationsschreiben erforderlich)
• Nähere Informationen über Umfang und genaue Ausrichtung der Arbeit gerne im persönlichen Gespräch
• Wichtig: eine reine ChatGPT-Bewerbung führt zum sofortigen Ausschluss beim Bewerbungsprozess

Aufgabenstellung:

Im Kontext der Elektromotorenfertigung für schienengebunden Fahrzeuge haben sich diverse Motorkonzepte etabliert, welche vorwiegend auf massiveren Flachleitern beruhen. Deren Handhabung und Einbringung stellt auf Grund ihrer großen Biegesteifigkeit, gepaart mit der erforderlichen Formgebung, eine große Herausforderung dar. Auf Grund vergleichsweise geringen Stückzahlen sind gegenwärtig einige Prozessschritte manuelle gelöst. Deren Automatisierung stellt eine große Herausforderung innerhalb der Transformation der Mobilität im 21. Jahrhundert dar.

Ziel dieser studentischen Arbeit ist es, simulativ zu untersuchen, wie eine geeignete Stempel- oder Klingengeometrie aussehen muss, um möglichst kraftfrei, aber gleichzeitig auch präzise und sauber, kalandriertes Isolationspapier zu perforieren und zu schneiden. Dabei sollen vorwiegend Prozesskräfte und -momente ermittelt und geometrische Empfehlung für den Werkzeugbau ausgesprochen werden.

Die Arbeit beinhaltet folgende Schwerpunkte:

• Einarbeitung in die Statorfertigung für Schienenfahrzeuge
  • Eigenheiten der Wicklungsmontage
  • Prozess der Wickelkopfformung
• Simulative Abbildung des Status Quo im Formgebungsprozess
  • Stator
  • Isolationspapier
  • Krafteinbringung durch Formgebungswerkzeug
  • Krafteinbringung durch Perforationsklingen
• Analyse der Einflüsse
• Identifikation von Potentialen
  • Ableitung von Prozessänderungen
  • Simulative Validierung
• Simulative Gesamtabbildung des verbesserten Prozesses

Persönliche Voraussetzungen:

• Interesse an Fertigungsprozessen im Bereich Elektromaschinen
• Grundlegende Kenntnisse der Funktionsweise und des Aufbaus eines E-Motors
• Konstruktives Geschick (CAD)
• Erfahrungen mit Simulation
• Eigenständige Arbeitsweise
• Deutsch und Englisch in Wort und Schrift

Der Beginn kann ab sofort erfolgen. Eine grundlegende Vorarbeit ist vorhanden.

Weitere Informationen und Details sind beim genannten Mitarbeiter erhältlich. Eine Bearbeitung ist ab sofort möglich. Bewerbungen senden Sie bitte mit Notenauszug und Lebenslauf per E-Mail oder über das Anfrageformular. Wir werden zeitnah rückmelden.

Aufgabenstellung:

Im Kontext der Elektromotorenfertigung für schienengebunden Fahrzeuge haben sich diverse Motorkonzepte etabliert, welche vorwiegend auf massiveren Flachleitern beruhen. Deren Handhabung und Einbringung stellt auf Grund ihrer großen Biegesteifigkeit, gepaart mit der erforderlichen Formgebung, eine große Herausforderung dar. Auf Grund vergleichsweise geringen Stückzahlen sind gegenwärtig einige Prozessschritte manuelle gelöst. Deren Automatisierung stellt eine große Herausforderung innerhalb der Transformation der Mobilität im 21. Jahrhundert dar.

Ziel dieser studentischen Arbeit ist es, zu ermitteln, welche Schneidengeometrie und welcher Schneidenwerkstoff sich zur Bearbeitung von faserverstärktem Isolationspapier eignen. Dabei muss auch die Kalandrierung des Papiers berücksichtigt werden. Die Schneiden müssen primär in Richtung der Kalandrierung, aber auch normal dazu das Papier sauber und prozesssicher trennen können.

Die Arbeit beinhaltet folgende Schwerpunkte:

• Einarbeitung in den Statorfertigung für Schienenfahrzeuge
  • Fertigungsprozess Stator
  • Zusammenspiel des statorseitigen Isolationssystems
  • Zweck und Funktion der Nutgrundisolation
• Konzeptentwürfe für Teillösungen
  • Untersuchungen verschiedener Schneidenwerkstoffe
  • Untersuchung verschiedener Schneidengeometrien
  • Aufnahme von Kraft/Wege-Kurven mittels Prüfmaschinen
• Überführung der Erkenntnisse in ein geeignetes Werkzeug
  • Untersuchung der Prozesseignung von gängigen Isolationspapieren
  • Validierung der eigenen Entwicklungen
• Implementierung in den Versuchsaufbau
  • Funktionsnachweis
  • Automatisierungsnachweis

Persönliche Voraussetzungen:

• Interesse an Fertigungsprozessen im Bereich Elektromaschinen
• Interesse an 6σ-Methoden/Statistik
• Grundlegende Kenntnisse der Funktionsweise und des Aufbaus eines E-Motors
• Konstruktives Geschick (CAD)
• Handwerkliches Geschick
• Interesse an der Arbeit mit Maschinen und Analgen
• Deutsch und Englisch in Wort und Schrift

Der Beginn kann ab sofort erfolgen. Eine grundlegende Vorarbeit ist vorhanden.

Weitere Informationen und Details sind beim genannten Mitarbeiter erhältlich. Eine Bearbeitung ist ab sofort möglich. Bewerbungen senden Sie bitte mit Notenauszug und Lebenslauf per E-Mail oder über das Anfrageformular. Wir werden zeitnah rückmelden.

Das Projekt Restladung umfasst die Entwicklung einer kosteneffizienten DC-Wallbox auf Basis einer Ein-Platinen-Lösung und einer passiven Wärmeabfuhr. Besondere Berücksichtigung gilt demnach der optimalen Wärmekopplung beider Komponenten. Es werden der Einfluss von Fertigungs- und Montagetoleranzen auf das Kühlverhalten analysiert und zur Optimierung der Wärmeleitung ein Prozess des flexiblen Toleranzausgleichs mittels adaptiven Auftrages von wärmeleitfähigen Substanzen erarbeitet und im Zusammenspiel mit einem darauffolgenden Schraubprozesses prototypisch untersucht.

Hierfür wird ein Versuchsaufbau entwickelt, mit dem die Wärmekopplung zwischen MOSFETs und Kühlkörpern untersucht werden kann. Anschließend werden verschiedene Einflussfaktoren herausgearbeitet und deren Auswirkungen auf die Wärmekopplung mithilfe statistischer Versuche analysiert.

Aufgabenstellung:

• Systematische Versuche mit DoE durchführen
• Optimierung der Wärmeleitfähigkeit
• Ermittlung der elektrischen Isolationsfestigkeit
• Optional: Aufbau einer Simulation und Rückführung der Messergebnisse
• Dokumentation der Ergebnisse

Anforderungen:

• Studium im Bereich Maschinenbau / IPEM / WING / Mechatronik / Elektrotechnik o.Ä.
• Technisches Geschick und Bereitschaft, sich in neue Technologien einzuarbeiten
• Hohe Motivation, Neugierde sowie eine selbständige und strukturierte Arbeitsweise
• Deutsch in Wort und Schrift

Bitte bewerben Sie sich mit einem aktuellen Notenspiegel und Lebenslauf.