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Markus_Schaefer

M.Sc. Markus Schäfer

Akad. Mitarbeiter
Bereich: Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung
Sprechstunden: nach Vereinbarung
Raum: 012, Geb. 50.36
Tel.: +49 1523 9502612
Markus SchaeferTka8∂kit edu

76131 Karlsruhe
Kaiserstraße 12


M. Sc. Markus Schäfer

Forschungs- und Arbeitsgebiete:

  • Robotik- und Greifsysteme
    • Mensch-Roboter-Kollaboration
    • Echtzeitfähige Bahnplanung und Kollisionsvermeidung
  • Modulare Produktionsanlagen für Hybridbauteile
    • SPS-Codegenerierung aus AutomationML
    • Steuerungssysteme mit OPC-UA Kommunikation
    • Thermoplastische CFK-Metall-Hybridbauteile
  • Internet of Things/Sensornetzwerke
    • Drahtlose Kommunikation, Sensor/Edge-Gateway/IoT-Cloud
    • Cloud Data Analytics/ Embedded Analytics
    • Cloudbasierte Services und Geschäftsmodelle


Allgemeine Aufgaben:

  • Vorlesung/Prüfung Automatisierte Produktionsanlagen
  • WBK-Team Webadministrator/Corporate Identity/Marketing
  • Spitzencluster microTEC Südwest

 

Projekte:

  • MoPaHyb: Modulare Produktionsanlagen für Hybridbauteile

 

Dissertation: Entwicklung einer Methode zur Kollisionsprävention für Endeffektoren in der Mensch-Roboter-Kollaboration

 

Lebenslauf:

seit 01/2015 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Produktionstechnik (wbk) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)
10/2010 - 12/2014 bonding studenteninitiative e.V.
u.a. Messeleitung, Ressortleitung Marketing
04/2010 - heute studentec e.V. – Das studentische Ingenieurbüro
u.a. Vorstandsvorsitzender 2011-2012, Projektleiter, seit 2014 Alumnus und Vorstands-Mentor
10/2009 - 12/2014 Studium Maschinenbau am KIT (B.Sc.; M.Sc.)
Schwerpunkte Automatisierungstechnik/Produktionstechnik/Leichtbau

 

Veröffentlichungen

[ 1 ] Schäfer, M. & Moll, P. (2017), „Effiziente Herstellung hybrider Bauteile durch rekonfigurierbare Fertigungsanlagen“. 4. Technologietag Hybrider Leichtbau, Hrsg. Landesagentur Leichtbau Baden-Württemberg, S. 1.
Abstract:
Ein vielversprechender Ansatz zur Reduzierung von CO2-Emissionen und der Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz ist die Herstellung von Materialkombinationen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und metallischen Elementen in der intrinsischen Hybridisierung. Dabei wird die direkte Verbindung der verschiedenen Materialien im Ur- bzw. Umformprozess erreicht. Die großserientaugliche und zugleich variantenintensive Herstellung hybrider Bauteile stellt eine erhebliche Herausforderung dar, da aktuelle Anlagen jeweils an die bauteilspezifischen Anforderungen angepasst werden. Dies führt zu unzureichender Wirtschaftlichkeit und verhindert die Herstellung von wettbewerbsfähigen Produkten. Im Rahmen des vom BMBF finanzierten Forschungsprojektes MoPaHyb wird daher ein modularer Ansatz zur Konfiguration von Produktionsanlagen entwickelt. Startpunkt für die Konfiguration einer Anlage ist hierbei ein am wbk entwickelter Modulbaukasten für Leichtbauproduktionsanlagen. In diesem stellen die Teilmodul-Hersteller alle relevanten Informationen und Schnittstellen zu ihrem Modul zur Verfügung. Im Modulbaukasten kann der Anlagenplaner dann die für die Produktion eines beliebigen hybriden Bauteils notwendigen Module auswählen und durch Verkettung derselben den Prozess gestalten. Mit Hilfe des Modulbaukastens kann so die Engineeringzeit einer Produktionsanlage deutlich verringert werden. Das Kernstück der modularen Anlage bildet das von Siemens entwickelte Basismodul, welches die Gesamtanlage steuert. Die Konfiguration aus dem Modulbaukasten kann direkt in das Basismodul importiert werden, welches hieraus die Ablaufsteuerung für die Gesamtanlage automatisch generiert. Die Kommunikation zwischen dem Basismodul und den einzelnen Modulen der Anlage erfolgt über standardisierte Schnittstellen, wobei als Kommunikationsprotokoll die OPC Unified Architecture (OPC UA) verwendet wird, welche die plattformunabhängige plug&work-fähige Kommunikation der Anlagenkomponenten gewährleistet. Die bei der Produktion erfassten Prozess- und Qualitätsdaten der Einzelmodule werden zentral im Basismodul erfasst und können für eine spätere Auswertung abgespeichert werden. Durch die Verwendung von hochtemperaturresistenten Etiketten können jedem gefertigten Bauteil seine Prozessparameter zugeordnet werden. Durch den im Projekt entwickelten Baukastenansatz bietet sich für die Industrie der Vorteil, dass eine Produktionsanlage für hybride Bauteile aus Standardmaschinen zusammengestellt werden kann. Die Modularität erlaubt dabei eine schnelle Anpassung der Anlage auf die Herstellung anderer Produkte, indem einzelne Module ausgetauscht werden. Da die Module auf standardisierte Schnittstellen und herstellerübergreifende Protokolle setzen, werden diese von der Basissteuerung sofort erkannt und sind umgehend betriebsbereit. Dies führt zur Fähigkeit unterschiedliche Bauteile zu produzieren ohne die Produktionsanlage komplett umbauen zu müssen. Die wirtschaftliche Fertigung auch kleiner Losgrößen wird so ermöglicht, wodurch sich das Anwendungsfeld hybrider Bauteile stark erweitert. Das MoPaHyb-Projektkonsortium besteht aus 11 Industriepartnern aus dem Anlagenbau und der Automobilbranche, sowie zwei Forschungsinstituten.

[ 2 ] Joppich, T.; Kilian, S.; Moll, P. & Schäfer, M. (2017), „Modular production plant for hybrid high performance components“. ICC - Lightweight Technologies Forum, Hrsg. Composites Germany - Carbon Composites e. V. , S. 0-0.
Abstract:
A promising approach to reducing CO2 emissions and increasing energy and resource efficiency is the production of material combinations of fiber-reinforced plastics (FRP) and metallic elements in intrinsic hybridization. The direct connection of the various materials in the primary or forming process is achieved. The production of hybrid components, which is suitable for large series production and at the same time requires a great deal of variation, presents a considerable challenge, as current systems are adapted to the specific requirements of each component. This leads to insufficient economic efficiency and prevents the production of competitive products. The MoPaHyb research project funded by the BMBF is therefore developing a modular approach to the configuration of production plants. The starting point for the configuration of a plant is a modular system developed at wbk for lightweight production plants. In this module, the submodule manufacturers provide all relevant information and interfaces to their modules. The system designer can then select the modules required for the production of any hybrid component in the modular system and design the process by linking them together. With the aid of the modular construction kit, the engineering time of a production plant can be significantly reduced. The core of the modular system is the basic module developed by Siemens, which controls the entire system. The configuration from the modular system can be imported directly into the basic module, which automatically generates the sequence control for the entire system. The communication between the base module and the individual modules of the system takes place via standardized interfaces, whereby the OPC Unified Architecture (OPC UA) is used as communication protocol, which guarantees the platform-independent plug&work-enabled communication of the system components. The process and quality data collected during production of the individual modules are recorded centrally in the basic module and can be stored for later evaluation. By using high temperature resistant labels, each manufactured component can be assigned its process parameters. The modular approach developed in the project offers the industry the advantage that a production plant for hybrid components can be assembled from standard machines. The modularity allows the system to be quickly adapted to the manufacture of other products by replacing individual modules. Since the modules rely on standardized interfaces and manufacturer-independent protocols, these are immediately recognized by the basic controller and are immediately ready for operation. This results in the ability to produce different components without having to completely rebuild the production plant. The economical production of even small batch sizes is thus made possible, which greatly expands the application field of hybrid components. The MoPaHyb project consortium consists of 11 industrial partners from plant engineering and the automotive industry as well as two research institutes.

[ 3 ] Schäfer, M.; Moll, P. & Fleischer, J. (2018), „Modular production plants for hybrid lightweight components“. 22nd Dresden International Lightweight Engineering Symposium, Hrsg. Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, T. U. D., S. 141-145.
Abstract:
In recent years there has been an increasing trend towards shorter product life cycles and an increasing number of variants due to individual customer requirements, which has led to smaller batches in production. In order to meet these market requirements, production plants must be adaptable to changing demands by fast reconfiguration. In the presented approach, a service-oriented-architecture for a modular production plant with methods of web-based configuration of the line control system was investigated.

[ 4 ] Moll, P.; Jacob, A.; Schäfer, M.; Coutandin, S.; Fleischer, J. & Lanza, G. (2018), „Plattformbasiertes Geschäftsmodell für rekonfigurierbare Produktionsanlagen im Leichtbau“, zwf - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, S. 580-583. 10.3139/104.111961
Abstract:
Die Fertigung von Leichtbauprodukten in kleinen Stückzahlen stellt Anlagenbetreiber vor Herausforderungen. Um diesen zu begegnen, wird eine modular rekonfigurierbare Produktionsanlage vorgestellt. Ein durchgehender Engineering-Ansatz mit einheitlichen Modulbeschreibungen, einem nutzerfreundlichen Konfigurationstool und automatisierter Generierung des Steuerungscodes erlaubt eine Senkung des Inbetriebnahme- und Rekonfigurationsaufwands. Ein darauf fokussiertes plattformbasiertes Geschäftsmodell für Anlagenhersteller wird in diesem Beitrag vorgestellt.

[ 5 ] Moll, P.; Schäfer, M.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2018), „Aufbau einer modularen Produktionsanlage für hybride Faserverbundbauteile“, VDI-Z Integrierte Produktion, Nr. 11, S. 55-58.
Abstract:
Der Markt fordert von Herstellern zunehmend individualisierte Produkte, was zu einer größeren Variantenvielfalt und abnehmender Stückzahl führt. Um unter diesen Rahmenbedingungen weiterhin wirtschaftlich produzieren zu können, sind wandlungsfähige Produktionsanlagen notwendig, die eine Fertigung verschiedener Bauteile und Bauteilvarianten ermöglichen. Eine aus einzelnen Modulen bestehende Anlage bietet die hierfür notwendige Wandlungsfähigkeit.

[ 6 ] Schäfer, M.; Büsching, M.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2019), „Safe Human Robot Collision Avoidance with an End-Effector integrated 360° LiDAR System“. Tagungsband des 4. Kongresses Montage Handhabung Industrieroboter, Hrsg. Springer Vieweg, S. 129-139.
Abstract:
In future factories, new potentials rise with the possibility of direct interaction be-tween humans and robots. Thereby the safety of human workers while collaborating with machines is of utmost importance. This contribution focusses on safety aspects arising by the end effector for handling applications. Presented is an approach to perceive the environment by an integrated LiDAR system to prevent possible collisions by alternating the trajectory from the end-effectors perspective. Several different sensor systems are discussed and evaluated before the chosen design is examined. Furthermore, two different methods to ensure a safe distance between human, workpiece and gripper are evaluated. Accordingly, a suitable control architecture for the guidance of the robot through the end effector is presented.

[ 7 ] Moll, P.; Schäfer, M.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2019), „Reconfigurable modular production plant for thermoplastic hybrid composites“, Production Engineering, Nr. 3, S. 469-477. https://doi.org/10.1007/s11740-019-00898-z
Abstract:
Thermoplastic hybrid composites ofer a huge potential for lightweight design but due to the complex process chain for their manufacturing, the needed production plants often are quite expensive resulting in a proftability only for large lot sizes. A modular plant architecture allows a more fexible production of diferent parts thanks to reconfgurability. This results in cost savings which enable economical manufacturing of smaller lot sizes. In the following paper an approach for a modular production plant for thermoplastic hybrid composites and its architecture is presented. The modules of the plant are standard machines with a uniform interface linked by OPC UA. The core is a line control module controlling the sequence of production steps, plant safety and visualization. The independent control system of the production modules is based on a service-oriented architecture and state-based control. For the engineering of the plant, an approach for fast confguration and reconfguration is presented. Using a self-developed web application the plant can be easily confgured resulting in a so called production recipe containing all the relevant information about the plant. The production recipe is imported by a code generator, which automatically converts the information in a PLC code for operation of the line control. The described approach is validated by building and commissioning two diferent confgurations of the production plant showing the feasibility of the concept and signifcant gains in commissioning time.

[ 8 ] Schäfer, M.; Moll, P.; Brocke, L. & Fleischer, J. (2019), „Model for Web-Application based Configuration of Modular Production Plants with automated PLC Line Control Code Generation“. Procedia CIRP, Volume 83, Hrsg. Procedia CIRP, S. 292-297.
Abstract:
The international competition leads manufacturers in high-wage countries to focus more on high-value products, which often come at the disadvantage of small batch sizes. To remain competitive, the plant engineering for should be time and cost effective. One approach to achieve this are modular production lines. In the presented contribution, a product orientated web- service for the configuration of a modular production plant investigated. The resulting model then is interpreted by a code generator to generate a PLC line control. The approach is validated with a plant of metal hybrid carbon fiber seat rests.