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Kundenprojekte

Auszug aus unseren Kundenprojekten:

Papierindustrie: Strömungen auf Papiermaschinensieb
Papierindustrie: Messung der ISO-Konformen Krümmung von A4 Papierblättern ohne subjektive Einflussnahme
Pyrotechnik: Messungen des Energieinhaltes von nicht-elektrischen Sprengschläuchen
Betonfertigteilindustrie: nachträgliche Prüfung der Vorspannung der Bewehrung
Elektrotechnische Sicherheit: Berechnung des Entstehens von Schäden durch Kriechstrom
Berechnung des tatsächlichen Energieverbrauches von Ein- und Mehrfamilienhäusern
Generalisierte Entwurfsstudie bei unkonventionellen Eislaufplätzen
Der trockene Eislaufplatz
Das gemästete Pflänzchen
Risikoquantifizierung mit künstlicher Intelligenz und mit deterministischen Modellen
HS4Cast - a reliable and automatic ice warning and weather forecast System

Einzigartiger Kundennutzen, schnelle Durchführung und
hohe Einsparungseffekte sind das Ergebnis unserer Arbeit.


Projektdetails

Papierindustrie: Strömungen auf Papiermaschinensieb

Ausgangssituation

Die Papierqualität ist abhängig von den Strömungen auf dem Sieb der Papiermaschine.

Die Strömungen auf dem Sieb der Papiermaschine waren seit 200 Jahren nicht messbar.

Ergebnis

Die Strömung ist durch eine einzigartige Messtechnik-Lösung unmittelbar sichtbar.

Eingriffe in die Prozesssteuerung sind sofort erkennbar und regelbar.

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Papierindustrie: Messung der ISO-Konformen Krümmung von A4 Papierblättern ohne subjektive Einflussnahme

img10Ausgangssituation

Gekrümmtes / unebenes Papier löst in Druckern einen Papierstau aus. Die Krümmung – „Curl“ – ist daher ein wesentliches Qualitätskriterium für Office-Papier.

Es ist ein klarer Trend zu schnelleren Druckern und  Kopierern feststellbar. Je schneller der Drucker bzw. Kopierer ist,  desto höher sind die Anforderungen an die Papierqualität.

img19Phase 1: Analyse / Problem definition – Curl – Messverfahren bisher

Toleranzabweichungen können mit händischen Schablonen nicht objektiv gemessen!
Die Maschinensteuerung kann daher nicht optimal geführt werden.

Geeignete Alternativen sind weltweit nicht erhältlich.

Ressourcen für eine interne Entwicklung sind nicht verfügbar.

Phase 2: Lösungsansatz

img1BEntwicklung eines Messkonzeptes.

Festlegung notwendiger Messgenauigkeiten.

Beachtung der Normenkompatibilität – z.B. beruht die ISO-Norm auf einer Zylinderform.

Simulation der Fehlerfortpflanzung aufgrund realer Messtoleranzen.

Phase 3: Konzeptentwicklung – Ausschnitte

img1CEin Versuchsaufbau bringt den Nachweis der technischen Machbarkeit.

Es wird ein geeigneter Partner für den Anlagenbau gesucht.

Es folgt der Aufbau eines seriennahen Prototyps.

Der Test erfolgt im Echt-Betrieb.

Phase 4: Integration /  Umsetzung – Curl-Messverfahren neu

img1EDas Messverfahren ergibt eine vollständige Objektivierung der Qualitätsparameter.
Eine 50-fache Genauigkeit gegenüber herkömmlichen Verfahren wurde erreicht.

Eine Information zur Tendenz der Qualität des produzierten Papiers wurde geschaffen.

Die Einführung als Norm läuft.

Erzielt wurde:

  • eine höhere Qualität,
  • eine stabilere Qualität,
  • bessere Information für die Produktionssteuerung,
  • mehr Info über die Gründe von Verformungen von Papier.

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Pyrotechnik: Messungen des Energieinhaltes von nicht-elektrischen Sprengschläuchen

pyro

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Betonfertigteilindustrie: nachträgliche Prüfung der Vorspannung der Bewehrung

Beton

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Elektrotechnische Sicherheit: Berechnung des Entstehens von Schäden durch Kriechstrom

Elektro

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Berechnung des tatsächlichen Energieverbrauches von Ein- und Mehrfamilienhäusern

HausEs sollten auf einfache Weise der Energieverbrauch und die Einsparmöglichkeiten bei Gebäuden untersucht sowie die erforderlichen Wartungen und Investitionen beurteilt werden.

Mit Hilfe sehr komplexer Simulationen der physikalischen Verhältnisse in Gebäuden konnte eine Parametrisierung interessanter Zusammenhänge, zum Beispiel in Form von Diagrammen und Formeln, erarbeitet werden.

Statt umfangreicher wissenschaftlicher Arbeiten sind nur mehr einfache Berechnungen durchzuführen. Durch unsere Kompetenz im EDV-Bereich steht jetzt ein komfortables Programm zur Verfügung, welches intelligent auf die Problemstellungen reagiert und rasch Antworten auf Fragestellungen gibt, wie: „Wo kann Energie gespart werden? Wo zahlen sich Investitionen aus? Wo lohnt sich Wartung?“.

Aufwand: 6 Mann-Monate. Die Anwender konnten Sanierung-, Planungs- und Beratungsaufträge in der Höhe von mehreren Hunderttausend EUR akquirieren.

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Generalisierte Entwurfsstudie bei unkonventionellen Eislaufplätzen

Central circle in hockey rinkUnkonventionelle Eislaufplätze ermöglichen die Kombination mit einer solaren Schwimmbaderwärmung und der zusätzlichen Möglichkeit eines Tennisplatzes. Durch Verschattung und Reflexionen im Solarbereich sowie Isolation, Vereisung und Energieverbrauch beim Eislaufplatz entstehen komplizierte Verhältnisse.

Durch verschiedene umfangreiche Simulationsberechnungen konnten die Einflussgrößen stark vereinfacht werden.

Durch Computersimulation des Systems konnten dutzende Konstruktionsvarianten nicht nur ausprobiert werden, sondern auch über einige Jahre (im Computer in wenigen Minuten) auf ihren Energieverbrauch untersucht werden. In der Realität hätten alle diese Varianten nie gebaut werden können.

Es steht nun ein leicht verwendbares Regelwerk für den planenden Techniker zur Verfügung. Als Abfallprodukt ergaben sich einige Weltpatente.

Aufwand: 6 Mann-Monate über mehrere Jahre verteilt. Es konnten Einsparungen von mehreren Hunderttausend EUR erreicht werden.

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Der trockene Eislaufplatz

Woman skates braking ice, frazil flying aroundEs sollte eine Möglichkeit gefunden werden, das Auftauen von Eislaufplätzen bei Sonnenschein zu verhindern.

Da das Eislaufen bei Sonnenschein besonders attraktiv ist, stellt das Auftauen vor allem ein Komfortproblem dar. Durch Simulation konnte hier eine einfache Problemidentifikation durchgeführt werden, um die Auftausicherheit zu erhöhen.

Ein neues, patentiertes Gerät verhindert das Auftauen bestehender Eislaufplätze. Wird die übliche Auftausicherheit weiterhin akzeptiert, so kann die Kältemaschine kleiner gemacht und Energie eingespart werden.

Aufwand: 1 Mann-Monat. Es können entweder Einsparungen von 25 000 bis 65 000 EUR bei der Errichtung oder Mehreinnahmen von 3 000 bis  10 000 EUR pro Saison durch erhöhten Kartenverkauf erzielt werden.

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Das gemästete Pflänzchen

potted houseplant isolated on white backgroundPflanzen brauchen zum Wachsen Licht. Sollen sie schneller wachsen, ist mehr Licht notwendig. Kommen die Pflanzen dem Licht zu nahe, so verbrennen sie.

Der Abstand zwischen Pflanzen und Beleuchtung, das Zahlenverhältnis der verschiedenfärbigen Beleuchtungen und die Erwärmung im Glashaus wurden durch viele Simulationen optimiert.

Das Resultat sind bewegte Pflanzenbretter in einem Lichtgitter aus verschiedenfärbigen Lampen. Im Bereich der Gemüse konnten schnellwachsende, wohlschmeckende Pflanzen mit hohem Wirkstoffgehalt gezogen werden.

Aufwand: 6 Mann-Monate. Je nach produzierten Pflanzen (Gemüse, Arzneipflanzen, Bäume) können durch die optimierte Aufzucht jetzt ganz wesentliche Einsparungen erzielt werden.

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Risikoquantifizierung mit künstlicher Intelligenz und mit deterministischen Modellen

Projekte, die mit künstlicher Intelligenz gelöst wurden:

Energieeinsparung durch berührungslose Erkennung des Öffnungszustandes eines Fensters

Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz konnte ohne zusätzliche Installationen im Raum ein einfaches und billiges Verfahren ermittelt werden das mit 95%-iger Sicherheit den Öffnungszustand eines Fensters zu bestimmen gestattet. Das so entwickelte Gerät wird in Zukunft zur Energieeinsparung eingesetzt werden.

Modellbildung und Optimierung von plasmachemischen Vorgängen

Es sollte eine Strategie für eine erfolgreiche Prozessführung aus einer Fülle von schwer durchschaubaren Daten einzelner Parameter von Versuchen und deren Ergebnissen und aus unvollständig vorhandenen Reaktionsgleichungen gewonnen werden. Es konnte die Prozessführung optimiert und neue Zusammenhänge gefunden werden.

SPECHTElektronischer Specht zur Diagnose von Bäumen

Kranke (hohle) Bäume klingen anders als gesunde. Bäume sind Lebewesen und haben daher individuelle Klänge. Dadurch ist das Erkennen der kranken Bäume durch Simulation nicht leicht zugänglich. Durch den Weg der Datenanalyse konnten die relevanten Frequenzbänder und Relationen aus dem Datenmaterial herausgerechnet werden. Das dazu entwickelte Geräte hat eine Treffergenauigkeit von etwa 98%.

Prozessführung im Lebensmittelbereich

Die Extrudierung von Getreideprodukten führt nicht immer zum gewünschten Ergebnis. Auch umfangreiche Probierversuche über mehrere Jahre bringen mitunter keine zuverlässigen Ergebnisse. Die Resultate der Extrudierung sind nicht nur von außerordentlich vielen Parametern des Extruders, wie Farbe, Druck usw., abhängig, sondern auch von einer nahezu unübersichtlichen Anzahl von Analyseparametern des Ausgangsmaterials. Es konnte eine relativ einfache Vorschrift zur Erzielung höchster Qualität erarbeitet werden.

Automatische Wettervorhersage

Ein Wettervorhersagesystem zur Glatteisprognose sollte entwickelt werden. Die Zusammenhänge zur Wettervorhersage sind extrem unübersichtlich, speziell, wenn für die Glatteisprognose die Temperatur der Fahrbahnoberfläche vorhergesagt werden soll. Zu den meteorologischen Vorgängen sind noch Faktoren wie Befahrung, Sonne, Regen, Wind und Reifenabrieb maßgeblich. In diesem Fall wurde ein instanzenbasierendes Lernen und Optimierung im mehr als 200-dimensionalen Raum gewählt. Das Resultat ist HS4Cast, das welt-genaueste autonome Wetterprognosesystem mit einer Treffsicherheit von 0,7° bei einer 3 Stunden-Prognose. Damit wurde eine optimale Voraussetzung für den sparsamen Streumitteleinsatz geschaffen.

Für dieses Gerät wurden wir im Rahmen des 11. Niederösterreichischen Umweltpreises mit dem zweiten Rang ausgezeichnet.

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HS4Cast – a reliable and automatic ice warning and weather forecast System

The goal to minimise the risk of icy roads can only be accomplished by looking into the future. It is obviously not enough to rely on an ice sensor which only reflects the current state of the road. To give road maintenance a fair chance to take countermeasures there must be an alert at least three hours in advance. This can be done by using a model that takes all influences on the road surface temperature into consideration. Moreover, it is necessary to be informed of the state of the road, whether it is/will be dry or wet. We have developed a computer model which is able to forecast the road temperature up to 24 hours in advance using local measurements only. The typical accuracy for a three-hour prediction during a whole winter season is better than 0.75 degrees and is lower still during night-time.

Typical numbers for the forcast are:

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These data were computed using a 6 month statistic with 38000 values. No intervention of meteorologists were carried out!

The table shows numbers for the median absolute errors for predictions of the road surface and the air temperatures, respectively. We use the median absolute error as a measurement of the error of the prediction because in the range +/- median absolute error are 50% of the forecasts.

To compare these results we took the 24-hour forecasts for the air temperature at noon in Vienna for the winter 1992/93. The forecasts were published in a daily newspaper and were composed by the Vienna Met Office. The median absolute error of these forecasts is 2.5 °C.

kasterl1HS4Cast is available in two flavours

  1. Central forecasts on a PC for one or more  measurement sites
  2. Local computation of forecasts at the measurement site (using a microcomputer)

The second variant of HS4Cast comes on a dedicated microprocessor board which is installed at the measurement site in combination with the A/D conversion and data transmission equipment. Thus, a sensor site will be transformed into a „smart“ station which not only provides measurement data but also forecasts of these data. Both measurements and forecasts can be transmitted to a central station. The dedicated forecast module does not require a particular transmission protocol.

Advantages of HS4Cast

  • Forecast of the road surface temperature using forecasts of all influencing parameters
  • Statistics open for the end user
  • Automatic prediction of the road state without manual intervention, no additional manpower needed
  • Optional use of large-scale data coming from a weather center; useful for the prediction of precipitation
  • Observation of weather patterns using fuzzy logic enables the use of different forecast methods
  • Automatic prediction of condensation and/or the buildup of ice on the road surface without human intervention
  • Self-learning forecast model; this enables the reaction to changes in the horizon (new trees, buildings etc.) or the surroundings (e.g. reflecting snow fields)
  • Anticipated forecast error displayed graphically
  • Comparison of older forecasts with corresponding measurements possible
  • Unnecessary de-icing can be avoided, thus better engagement of labour and equipment
  • Enhanced road safety: accidents will be avoided
  • Ecological due to careful use of de-icing chemicals
  • Reduction of damages on bridges due to reduced usage of salt

Other applications

  • Fruit-growing, viniculture
  • Use of snow-cannons for skiing events
  • Energy-saving control of heating and cooling
  • Avalanche warning systems
  • Detailed weather information for tourists
  • Evaporation control for hydro-electric power stations
  • Melting of glaciers

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Security in every weather situation … HS4Cast.

More Information:
Major developments for the autonomous forecast model HS4Cast (Abstract | Paper)

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