01_Fernwärmeauslegung Bumbacher Immobilien

bumbacher immobilien gmbh

Optimierung der Anschlussleistung für zehn Mehrfamilienhäuser

Auf Anraten ihres Energieberaters beauftragte die bumbacher immobilien gmbh uns mit einer thermischen Leistungsmessung, um den tatsächlichen Wärmebedarf für ihren geplanten Fernwärmeanschluss zu ermitteln.

Das Ergebnis ermöglicht eine deutliche Reduktion der Anschlussleistung. Das wird zu signifikanten jährlichen Kosteneinsparungen führen, weil der Grundpreis der Fernwärme pro Kilowatt Anschlussleistung berechnet wird.

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Ausgangslage

Präzise Ermittlung des tatsächlichen Wärmebedarfs

Vor Beginn der Messkampagne wurden von der Energieversorgerin 250 kW vorgeschlagen. Die darauf konsultierte Heizungsfachperson hat festgestellt, dass dieser Wert in Anbetracht des Jahresenergiebedarfs recht grosszügig ist und eine Reduktion auf 220 kW vorgeschlagen.

Allerdings enthält eine Annahme auf Basis von Jahresmittelwerten immer noch viele Unsicherheiten und entsprechende Sicherheitszuschläge. Auf Anraten einer weiteren Fachperson wurden wir konsultiert, um den realen Wärmebedarf bei kalter Witterung zu messen. Ziel war es, die benötigte Anschlussleistung bei -8 °C zu ermitteln.

Vorgehen und Analyse

Erfassung belastbarer Betriebsdaten für maximale Planungssicherheit

Über 33 Tage führten wir eine thermische Leistungsmessung nach SIA 384/1:2022 durch. An 25 Tagen lagen die Aussentemperaturen unter 5 °C, wodurch eine repräsentative Leistungskennlinie gezeichnet werden konnte. Anhand dieser gemessene Leistungskennlinie konnten wir einen tatsächlichen Wärmebedarf von 158 kW bei -8 °C extrapolieren, darin enthalten ist ein Zuschlag von 15 % für potenziell wegfallende solare Wärmegewinne durch die Fenster.

Diagramm Thermische Leistungsmessung

Einsparpotenzial

Kostenreduktion durch optimierte Anschlussleistung

Auf Basis der erhobenen Messdaten konnte die Anschlussleistung von ursprünglich geplanten 220 kW auf 160 kW reduziert werden. Diese Optimierung führt zu einer jährlichen Einsparung von rund 7000 CHF an jährlichen Fixkosten. Die Kosten für die Messung betrugen einmalig knapp 3000 CHF.

Zusammenfassung

Nachhaltiger Mehrwert durch Kostenreduktion und Planungssicherheit

In diesem Projekt liegt der besondere Mehrwert bei den reduzierten Fixkosten. In vielen Fällen liegt der Mehrwert aber viel tiefer. Viele Hausbesitzende haben Angst vor dem Wechsel und das Gefühl ihr Gebäude sei leider nicht gut genug für eine erneuerbare Lösung, bzw. eine erneuerbare Lösung sei bei ihrem Haus unheimlich kompliziert und damit untragbar teuer.

Die präzise Dimensionierung führt hier zu Klarheit. Ja, es gibt Gebäude bei denen ein Wechsel auf ein erneuerbares Heizsystem kompliziert ist. Meistens ist es aber halb so wild. slightly smiling face

bumbacher-immobilien.ch

Thermische Leistungsmessung
Logo Bumbacher Immobilien

04_Leim-Regelungstechnik

Spühl GmbH

Innovation bei der Produktion von Taschenfederkernen

Zusammen mit unserer Kundin Spühl GmbH konnte eine innovative Leimregelung für die Produktion von Taschenfederkernen entwickelt werden. Dies bringt erhebliche Vorteile hinsichtlich Rohstoffeinsparung und eine verbesserte Qualitätssicherung.

Um eine möglichst optimale und nachhaltige Regelung zu erreichen, werden Leimsystemdaten an die Cloud verschickt, verarbeitet, analysiert und in Form von optimierten Regelparametern automatisch wieder ins Produktionssystem gebracht.

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Ausgangslage

Reduktion der Leimmenge

Der bestehende Prozess zur Herstellung von Federkernen war durch Schwankungen im Leimauftrag aufgrund von Temperaturschwankungen, Unterschieden im Rohmaterial und unterschiedlichen Auftragsgeschwindigkeiten gekennzeichnet. Mit dem bestehenden ungeregelten System wurde oft zu viel Leim aufgetragen, um Produktmängel zu vermeiden.

Mit der Einführung der neuen Regelungstechnik kann nun auf diesen Sicherheitszuschlag verzichtet und damit erhebliche Mengen an Leim eingespart werden.

Nachhaltigkeit

Positiver Umwelteinfluss

Wir sind stolz darauf, mit dieser Erweiterung einen Beitrag gegen den Klimawandel leisten zu können. Mit dieser technologischen Weiterentwicklung leisten wir einen aktiven Beitrag zum Klimaschutz. Nach unseren Berechnungen kann jede mit der Leimregeltechnik ausgestattete System jährlich über 20 Tonnen CO2-Emissionen einsparen. Gerne erläutern wir Ihnen unsere Berechnungen im Detail.

Qualitätssicherung

Steigerung der Produktqualität

Eine konstante und optimierte Leimmenge garantiert gleichbleibende Eigenschaften jedes einzelnen Federkerns. Dies erhöht die Produktqualität erheblich und reduziert gleichzeitig die Produktionsschwankungen.

spuhl.com

Leimmenge auf Taschenfederkernen
Logo Spühl GmbH

02_Hitachi Energy

Hitachi Energy Switzerland Ltd.

Sichere Qualität für Hochspannungsdurchführungen – mit digitaler Unterstützung

Bei Hitachi Energy (Micafil Bushings) in Zürich entstehen kundenspezifische Hochspannungsdurchführungen für anspruchsvolle Anwendungen weltweit. Bevor diese das Werk verlassen, durchlaufen sie eine strenge Hochspannungsprüfung, die entweder normgerecht oder individuell nach Kundenwunsch durchgeführt wird. Mit dem Ziel, höchste elektrische Funktionalität und Qualität sicherzustellen.

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Der Prüfprozess ist heute weitgehend digital unterstützt. Dies ist auf die vielfältigen und vernetzten Desktop- und Webanwendungen zurückzuführen. Die Testabläufe werden über die Applikationen geplant, durchgeführt und die aufgenommenen Ergebnisse nahtlos dokumentiert.

Die dahinterstehenden Applikationen werden von uns kontinuierlich gewartet und weiterentwickelt, um einen reibungslosen, effizienten und zukunftsfähigen Prüfprozess zu gewährleisten.

Der grosse Transformator im Bild wird für Prüfungen mit Spannungen von bis zu 1 MV verwendet.

hitachienergy.com

Transformator Hitachi
Hitachi Logo

Sudoku Solver

Sudoku Solver

Sudoku Solver

Wir haben einen «Sudoku-Löser» programmiert, der anhand eines Fotos eines Sudoku-Feldes die eingegebenen Zahlen erkennt und dann das Sudoku löst.

Für diese Anwendung haben wir die Aufgaben in vier Teilbereiche aufgeteilt:

  • Sudoku und Zahlen mit Bildverarbeitungsmethoden erkennen
  • Erkennen von Zahlen mit Hilfe eines KI-Modells
  • Lösen von Sudoku mittels Backtracking-Algorithmus
  • Implementierung einer Webanwendung mit Microsoft Azure

Im Folgenden werden die vier Teilbereiche näher beschrieben.

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Computer Vision

Mit Hilfe der Softwarebibliothek OpenCV führen wir verschiedene Schritte durch, um das Sudoku-Feld zu finden. Zuerst werden typische Vorverarbeitungsschritte (Graubild, Gaußscher Filter) am Bild durchgeführt und nach Kanten gesucht. Anschließend wird im Kantenbild nach zusammenhängenden Konturen gesucht. Die größte viereckige Kontur wird als Sudoku-Feld ausgewählt.

Nachdem das Viereck in ein Quadrat transformiert wurde, wird in diesem nach zusammenhängenden Komponenten gesucht. Diejenigen Komponenten, die bestimmte geometrische Bedingungen erfüllen, werden als Zahlenkandidaten ausgewählt. Für jeden solchen Kandidaten wird ein quadratisches Bild ausgeschnitten, das dem Zahlenklassifikator übergeben wird.

Klassifikator

Als Klassifikator haben wir ein Convolutional Neural Network (CNN), also ein neuronales Netz, trainiert. Diese finden Anwendung in vielen Bildverarbeitungsproblemen und haben sich auch bei der Erkennung von computer- oder handgeschriebenen Symbolen bewährt. Wir haben unser CNN mit dem bekannten MNIST-Datensatz und einem zusätzlichen Satz von Zahlen trainiert. Das zusätzliche Datenset besteht aus handgeschriebenen Ziffern der europäischen Schrift, die sich insbesondere bei den Ziffern 1 und 7 von der angelsächsischen Schrift unterscheidet.

Allerdings war die Fehlklassifikationsrate von Ziffern in einem begonnenen Sudoku (Kombination von computer- und handgeschriebenen Symbolen) so hoch, dass wir unser eigenes Modell nicht weiter verwenden wollten. Daher haben wir auf ein vortrainiertes Modell zurückgegriffen.

Backtracking Algorithmus

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein Sudoku zu lösen. Wir haben uns für einen Backtracking-Algorithmus entschieden. Dieser Algorithmus ist in der Lage, alle zulässigen Lösungen eines Sudokus zu finden. Der Backtracking-Algorithmus ist ein Brut-Force-Algorithmus und hat daher eine hohe Laufzeit. Für die meisten praktischen Fälle, die wir getestet haben, ist er jedoch ausreichend.

Der Backtracking-Algorithmus kann in wenigen Zeilen implementiert werden, aber es gibt andere Sudoku-Algorithmen, die die Struktur des Spiels besser ausnutzen und das Problem schneller lösen.

Webapplikation

Um die gesamte Logik für den Benutzer zugänglich zu machen, haben wir eine Single Page Application (SPA) mit React geschrieben und auf der Azure Cloud gehostet.

sudokusolver.ch

Sudoku Solver Preview

09_Leimmengenmessung

Spühl GmbH

Anomaliedetektion Leimsystem

Bei der Herstellung von Taschenfederkernen werden als Rohmaterial hauptsächlich Draht, Vlies und Leim benötigt. Der Leim hält die einzelnen Taschenfeder-Schlangen zusammen, welche in der Summe einen Federkern ergeben.

Die Menge an verwendetem Leim hat Einfluss auf den Ressourcenverbrauch, die Qualität und die Kosten eines Kerns.

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Langfristiges Ziel

Nachhaltigere und günstigere Produktion durch Rohmaterialeinsparungen

Das langfristige Ziel von Spühl ist es, der Kundin mithilfe der Leimmengen-Information eine qualitativ konstantere Produktion zu ermöglichen. Gleichzeitig wird durch Rohmaterial-Einsparungen auch eine nachhaltigere und günstigere Produktion ermöglicht.

In enger Zusammenarbeit wollen Spühl und originate dieses Ziel schrittweise umsetzen.

Anomaliedetektion

Fehlverhalten während der Produktion erkennen

In diesem Projekt sollen unerwartete Änderungen der Leimmenge detektiert werden. Eine unerwartete Leimmengenänderung kann beispielsweise durch ein Fehlverhalten einer Komponente des Leimsystems verursacht werden. Wird ein solches Fehlverhalten während der Produktion erkannt, kann verhindert werden, dass über längere Zeit qualitativ schlechte Kerne hergestellt werden.

Die geförderte Leimmenge wird anhand von Motorendaten berechnet. Dadurch kann auf zusätzliche, invasive Sensorik verzichtet werden.

Auf historischen Daten mehrerer Maschinen über längere Zeiträume wurde eine Zeitreihenanalyse durchgeführt. Daraus wurde ein Kriterium abgeleitet, welches Anomalien im Leimauftrag detektieren kann. Dieser Algorithmus wurde anschliessend in die Maschinensteuerung implementiert und kann somit in Echtzeit reagieren.

Nächste Projekte

Mit der Anomaliedetektion konnte die Basis für weitere Ausbaustufen gelegt werden. Weitere Projekte, die auf der Leimmengenmessung basieren, sind bereits in der Umsetzung.

spuhl.com

Taschenfederkerne mit aufgetragenem Leim
Gemessene Leimmenge mit oberer und unterer Grenze
Logo Spühl GmbH

15_Robotronic

Robotronic AG

Kommunikation zwischen Vision System und Roboter

Robotronic bietet industrielle Lösungen im Bereich Robotik an. Ihre Kernkompetenz sind modulare Roboterzellen, welche flexibel eingesetzt werden können.

In enger Zusammenarbeit mit Robotronic entwickelte originate eine in Python geschriebene Kommunikationsschnittstelle zwischen einer Industrie-Kamera und einer Mitsubishi Robotersteuerung.

www.robotronic.ch

10_TechnoWood

TechnoWood AG

Analyse OPC-UA Server

Die Toggenburger Firma TechnoWood AG ist internationaler Hersteller und Anbieter von Maschinen und Software in der Holzbranche.

Ihre neuste Steuerungsgeneration hat eine OPC-UA Anbindung vorgesehen. originate hat die TechnoWood spezifische OPC-UA Server Implementierung auf ihre Grenzen und das Verhalten getestet. Dank dieser Kenndaten kann die Implementierung gezielt verbessert werden.

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Ausgangslage

In der Holzbearbeitungsindustrie wird die Nachfrage nach Digitalisierungslösungen immer grösser

Um den Kundenbedürfnissen gerecht zu werden und neue Möglichkeiten zu schaffen, hat TechnoWood für ihre neuste Steuerungsgeneration eine OPC-UA Anbindung vorgesehen. Mit OPC-UA wird dabei auf einen einheitlichen und zukunftssicheren Standard für Datenaustausch gesetzt, was eine solide Grundlage für künftige Digitalisierungslösungen ist.

Da es sich beim OPC-UA Servers in der TechnoWood Maschinen-Steuerung um eine kundenspezifische Implementierung handelt, sind die Eigenschaften nicht bekannt. Diese Unbekannte soll eliminiert werden.

Kundennutzen

In künftigen TechnoWood-Projekten wird OPC-UA immer eine grössere Rolle spielen

Daher ist es von Vorteil, die Grenzen und das Verhalten des eingesetzten OPC-UA Servers zu kennen. Ausserdem kann der OPC-UA Server zielgerichtet weiterentwickelt werden, wenn die Eigenschaften bekannt sind. 

Auch werden für das Testen des Servers Technologien verwendet, welche interessant für zukünftige Digitalisierungs-Projekte bei der TechnoWood AG sind.

Projektumsetzung

OPC-UA Client Modul und OPC-UA Performance Analyse Modul in Python

originate hat für TechnoWood ihren massgeschneiderten OPC-UA Server auf dessen Verhalten, Performance und Grenzen getestet. Dabei wird eine Python App mit einer OPC-UA Anbindung entwickelt, welche den Server mit Anfragen belastet. Die Antworten werden von der Client-Applikation über das MQTT-Protokoll an eine zweite Applikation weitergeleitet, welche die Daten interpretiert, analysiert und visualisiert. Diese Applikationen können containerisiert auf einem Hilscher Edge-Gerät in einer Docker-Engine ausgeführt werden.

Die Ergebnisse der Tests an der Maschine werden in Form eines Berichts zusammengefasst.

Das Knowhow für die selbständige Entwicklung von ähnlichen Anwendungen wird dem Kunden in Form einer Schulung vermittelt.

technowood.ch