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Themen für DiplomarbeitenEnglish version

 

Beachten Sie bitte auch die aktuellen Angebote vor dem Raum BAR II/26 oder fragen Sie die Arbeitsgruppenleiter nach möglichen Themen!

 

 


Arbeitsgruppe Entwurfsautomatisierung
 

 

Elektronik- bzw. Sensor-Entwurf

In Zusammenarbeit mit der Dresdner Firma InfraTec GmbH wird folgendes Thema angeboten:

Entwicklung einer Testplattform für einen integrierten Schaltkreis (ASIC) in pyroelektrischen IR-Sensoren: Der ASIC kann sehr flexibel konfiguriert werden und ist somit unter verschiedenen Betriebsbedingungen einsetzbar. Für die umfassende Charakterisierung des ASIC wird eine flexible Testplattform benötigt. Als Ausgangspunkt kann eine bestehendes Evaluation-Kit mit begrenztem Funktionsumfang genutzt und entsprechend weiterentwickelt werden. Teilaufgaben:

  • Entwicklung der Hardware zur Ansteuerung des ASIC und Aufbereitung der Signale,

  • Anpassung der Firmware des Mikrocontrollers zur Ansteuerung,

  • Entwicklung von Teststrategien und -methoden,

  • Aufbau, Inbetriebnahme und Test.

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Jens Lienig
BAR II/20D, Tel. 463 34742
Jens.Lienigtu-dresden.de

 

Thermischer Entwurf für optische integrierte Schaltkreise (OICs) auf Siliziumbasis

Zahlreiche Anwendungen im Hochfrequenzbereich (z.B. in der Telekommunikation) lassen sich günstig optisch realisieren. Um Kosten zu senken und eine höhere Integrationsdichte zu erreichen, entstehen die optischen Systeme immer häufiger in Form integrierter Schaltkreise, teilweise in Silizium-Chips. Silizium hat jedoch den Nachteil einer starken Temperaturabhängigkeit der optischen Eigenschaften. Deshalb ist dabei der thermische Entwurf von herausragender Bedeutung.
Am Institut werden Entwurfsmethoden für kohärente Ising-Maschinen entwickelt. Das sind nicht-klassische Spezialrechner in Silizium-OICs, die bestimmte mathematische Probleme sehr effizient lösen können (vergleichbar mit Quantencomputern). Dabei verschärfen sich noch einmal die thermischen Herausforderungen bei Silizium-OICs.
In dieser Arbeit sollen aus thermischen Analysen optischer Bauelemente Randbedingungen und Regeln abgeleitet werden, die für den Entwurf optischer integrierter Schaltkreise verwendet werden können.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

 

Zuverlässigkeitsmodellierung elektronischer Baugruppen

Elektronische Baugruppen bestehen trotz fortschreitender Funktionsintegration aus einer Vielzahl von Komponenten, die unter gleichen Umgebungsbedingungen stark unterschiedliche Ausfallverhalten und -wahrscheinlichkeiten aufweisen. Um in frühen Entwurfsphasen Aussagen zur Zuverlässigkeit zu generieren und rechtzeitig Entscheidungen zur Verbesserung der Lebensdauer treffen zu können, ist die geeignete Modellierung von Ausfällen notwendig. Entsprechende Modelle für Einzelkomponenten sollen zusammengetragen und zu einem Modell zur Berechnung der Ausfallverteilung eines Systems verknüpft werden.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

 

Modellierung von Prozessen bei der Elektromigration

Elektromigration ist ein bedeutender Schadensprozess in den Leiterbahnen integrierter Schaltkreise. Simulationen von Stromdichten und mechanischen Beanspruchungen, die diesen Prozess beeinflussen, z.B. mit der Finiten-Elemente-Methode, sind Stand der Technik beim Entwurf hochintegrierter Schaltkreise. Zum besseren Verständnis der Vorgänge und weiterer Beeinflussungsmöglichkeiten zur Vermeidung von Schäden durch Elektromigration sind jedoch die stattfindenden Prozesse selbst zu modellieren. Dazu sollen effiziente Simulationsmethoden gefunden und implementiert werden.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

 

Untersuchung des Einflusses von Elektro-, Thermo- und Stressmigration

Durch die fortschreitende Strukturverkleinerung in der Mikroelektronik (14nm, 10nm, 7nm, ..., usw.) treten vermehrt Chipfehler auf. Ursache dafür sind oft ausgefallene Leiterbahnen aufgrund von Materialtransport. Der Materialtransport kann durch zu hohe Ströme, Temperaturen oder Stress verursacht sein. Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, welchen Einfluss Elektro-, Thermo- und Stressmigration in verschiedenen Einsatzgebieten haben. Dazu steht eine Simulationsumgebung am Institut zur Verfügung.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

 

Musterbasierte Wegsuche in Graphen

Ein wichtiger Schritt beim Layoutentwurf digitaler integrierter Schaltungen (ICs) ist die Verdrahtung der zuvor platzierten Gatter. Dabei werden die zur Verfügung stehenden Verdrahtungsressourcen (also Tracks und Vias) in einen Graphen abgebildet, der aus Knoten und Kanten besteht. Mit Hilfe von Wegsuche-Algorithmen, wie z. B. dem Dijkstra-Algorithmus, können dann kürzeste Wege in diesem Graphen gesucht werden, um die Netze nacheinander zu verdrahten.
Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen die Verdrahtung mittels kürzester Wege nicht wünschenswert ist. Ein Beispiel ist die elektromigrationsrobuste Verdrahtung, bei der kritische Netze nur mittels vorgegebener Strukturen verdrahtet werden sollen, die vorher durch Simulation als robust eingestuft wurden.
In dieser Arbeit soll zunächst der Stand der Technik bei Wegsuche-Algorithmen recherchiert werden. Insbesondere vergleichbar angepasste Algorithmen sind hier von Interesse. Danach soll der Dijkstra-Algorithmus zur Wegsuche in Graphen so erweitert werden, dass nur Strukturen bzw. Teilgraphen aus einer vorgegebenen Liste verwendet werden.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel.
463 34705
Andreas.Krinketu-dresden.de

 

Berücksichtigung des Antenneneffekts beim Design-Rule-Check mit KLayout

Der Layoutentwurf integrierter Schaltungen (ICs) überführt eine Netzliste in geometrische Maskendaten – die Grundlage zur Herstellung der Chips in einer Halbleiterfabrik. Eine wichtige Teilaufgabe ist dabei die Verifikation der Entwurfsdaten, z. B. im Rahmen des DRC (engl. design rule check) bei dem die Einhaltung der Entwurfsregeln überprüft wird. In diesem Schritt kommen typischerweise kommerzielle Werkzeuge mit großem Funktionsumfang (und hohen Lizenzkosten) zum Einsatz.
Für kleinere Entwurfsaufgaben oder Vorentwürfe ist es wünschenswert, frei verfügbare Werkzeuge einsetzen zu können. Ein solches Werkzeug ist KLayout, welches rudimentäre Unterstützung für den DRC besitzt und erweitert werden kann. Die konkreten Entwurfsregeln müssen dabei als Skript hinterlegt werden, das von KLayout ausgeführt wird.
Am Institut wurde dafür das Python-Framework Babylon entwickelt, das einen großen Teil der DRC-Regeln kommerzieller Technologien in ein äquivalentes DRC-Skript für KLayout übersetzen kann. Bisher fehlt jedoch die Unterstützung von Entwurfsregeln zur Vermeidung des Antenneneffekts (engl. antenna effect), bei dem MOSFETs während der Herstellung geschädigt werden können.
In dieser Arbeit sollen zunächst der Antenneneffekt und Möglichkeiten zu seiner Vermeidung recherchiert werden. Danach soll Babylon um die Unterstützung der zugehörigen Entwurfsregeln einer kommerziellen Technologie erweitert werden.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel.
463 34705
Andreas.Krinketu-dresden.de


Maschinelle Lernverfahren in der Entwurfsautomatisierung

Ohne automatisierte Methoden wäre der Layoutentwurf hochkomplexer elektronischer Schaltkreise nicht möglich. Neue Herstellungstechnologien bringen jedoch immer mehr Randbedingungen mit sich, welche beim Bewerten einzelner Lösungsvarianten zu beachten sind. Dadurch steigt der Rechenaufwand innerhalb der Optimierungsalgorithmen drastisch an. Neben dem aufwendigen manuellen Erstellen reduzierter (und damit ausreichend schneller) Kostenmodelle, bieten statistische Lernverfahren die Möglichkeit kostenaufwendige Bewertungen zu "erlernen" und deren Berechnung damit wesentlich zu beschleunigen. Die Arbeit soll untersuchen, inwieweit entsprechende Ansätze in der Entwurfsautomatisierung bereits Anwendung finden. Weiterhin ist ein maschinelles Lernverfahren beispielhaft auf ein ausgewähltes Entwurfsproblem (z.B. Floorplanning) anzuwenden und einem etablierten Ansatz gegenüberzustellen.

  • Recherche über maschinelle Lernverfahren in der Entwurfsautomatisierung

  • Erarbeiten eines geeigneten Beispielproblems (z.B. Platzierung, Kostenbewertung)

  • Lösung des Beispielproblems mithilfe eines maschinellen Lernverfahrens

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Robert Fischbach
BAR II/27, Tel.
463 35208
Robert.Fischbachtu-dresden.de

 

Optimierung von Package-Layouts für den Mikro-Transferdruck

Moderne Anwendungsfelder wie das Internet der Dinge oder autonomes Fahren treiben die wachsende Integration unterschiedlicher Komponenten in kompakte elektronische Baugruppen immer weiter voran. Die enge Integration von Sensoren, Aktoren, analogen und digitalen Schaltkreisen benötigt geeignete Fertigungstechnologien. Eine solche neue Fertigungstechnologie ist das Micro-Transfer-Printing (µTP). µTP ermöglicht die kostengünstige Herstellung heterogener Packages (z.B. Hall-Sensor auf CMOS-Schaltkreis). Neben vielen Vorteilen stellt das µTP den Layoutentwurf jedoch vor neue Herausforderungen. So müssen beispielsweise die Layouts der Einzelbestandteile aufeinander abgestimmt sein, aber auch die Randbedingungen der Fertigungstechnologie sind zu berücksichtigen. Die Aufgabe ist die Entwicklung bzw. Implementierung von Algorithmen zum fertigungsoptimierten Layoutentwurf.

  • Einarbeitung in die Fertigungstechnologie

  • Beispielhafter Entwurf eines integrierten Sensors

  • Recherche von (fertigungsorientierten) Co-Design Algorithmen

  • Entwicklung eines auf µTP zugeschnittenen algorithmischen Ansatzes

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Robert Fischbach
BAR II/27, Tel.
463 35208
Robert.Fischbachtu-dresden.de


FEM-Simulation von HF-Wellenleitern mit freier Software

Um die Zuverlässigkeit und Störungssicherheit hochfrequenter Baugruppen zu beurteilen, können diese vor der Herstellung simuliert werden. Stand der Technik ist dabei unter anderem die Simulation per FEM (Finite-Elemente-Methode). Dabei werden die Geometrien in ein Programm importiert und vernetzt, sodass sich ein aus vielen kleinen Teilvolumen bestehendes Modell ergibt. Im Anschluss kann dieses Modell für gegebene Randbedingungen simuliert und die Ergebnisse berechnet und dargestellt werden.
Auf dem Markt erhältliche Software, wie z.B. Ansys HFSS oder Maxwell, unterliegt meist einer kommerziellen Lizenz, die zu erhöhten Kosten führt und eine Integration in eigene Umgebungen schwierig gestaltet. Ziel der Arbeit ist es daher, einen Workflow zu entwickeln, der komplett auf freier Software basiert. Dazu ist ein Überblick über Open Source-Software zu erarbeiten, die für eine HF-Analyse beliebiger Geometrien geeignet ist. Danach sind diese Simulationswerkzeuge auf ihre Eignung zu testen. Anhand der Ergebnisse ist ein Vorgehen für die Verwendung im konkreten Anwendungsfall zu entwickeln.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Nico Arnold
BAR II/30, Tel.
463 3 54 17
Nico.Arnoldtu-dresden.de

 

Modellierung und Transformation von flexiblen Leiterplatten im dreidimensionalen Raum

Flexible Leiterplatten ermöglichen die Fertigung sehr kompakter Baugruppen und sind damit aus der heutigen Baugruppenentwicklung nicht mehr wegzudenken. Ein Problem ist allerdings die vorherige Simulation, vor allem im Hinblick auf die dreidimensionale Formgebung (Verbiegung) und die als Folge auftretenden Schädigungen an der Leiterplatte. Damit die Leiterplatten im verformten Zustand simuliert werden können, ist vorher eine entsprechende Modellierung und Berechnung der Verformung nötig. Ziel der Aufgabe ist daher eine Recherche von Darstellungsmöglichkeiten (z.B. mittels NURBS) sowie die anschließende Transformation von flexiblen Leiterplatten und darauf befindlicher Leiterzüge. Gegeben sind dabei Biegelinien und -radien, anhand derer die Leiterplatten in eine gewünschte Form gebogen werden sollen. Die so gebogene Geometrie soll im Anschluss für eine Simulation der Leiterplatte im Hinblick auf Biegebeanspruchung beim Verformen herangezogen werden.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Nico Arnold
BAR II/30, Tel.
463 3 54 17
Nico.Arnoldtu-dresden.de


Graphbasierte Wegsuche-Algorithmen für Kabelbäume

Moderne Kraftfahrzeuge bieten eine Vielzahl an Komfort- und Sicherheitsfunktionen, deren Anzahl und Umfang durch Einführung des autonomen Fahrens noch weiter steigen wird. Die verschiedenen Komponenten, wie beispielsweise Kamera- und Radarsysteme zur Umfeldbeobachtung, erzeugen große Datenmengen, die zuverlässig zur Verarbeitung weitergeleitet werden müssen. Das Bordnetz verbindet die Komponenten mit den zugehörigen Steuer- bzw. Recheneinheiten und umfasst damit das gesamte Auto in Form eines Kabelbaums.
Das Bordnetz kann als Graph abgebildet werden, wobei Knoten die Einbauorte der Komponenten darstellen und Kanten die potenziellen Verlegewege für Kabel im Auto. Einschränkungen für die Verkabelung sind unter anderem durch maximale Kabellängen, begrenzte Bauräume oder Gewichtsbeschränkungen gegeben. Mithilfe von graphbasierten Wegsuche-Algorithmen soll eine optimierte Verkabelung gefunden werden, wobei die genannten Randbedingungen berücksichtigt werden müssen.
Die Aufgaben der Arbeit umfassen:

  • Literaturrecherche zu graphbasierten Wegsuche-Algorithmen mit Fokus auf dem Einbringen von Randbedingungen

  • Beispielhafte Implementierung eines Algorithmus in einer geeigneten Programmiersprache

  • Evaluierung mit Testdaten

  • Dokumentation der Ergebnisse

Ansprechpartner:

M. Sc. Philipp Näke
BAR II/28, Tel.
0351 463 35293
Philipp.Naeketu-dresden.de

 


Arbeitsgruppe Entwurf elektronischer Systeme
 

 

Implementierung eines energieautarken Umweltsensors für Gewächshäuser

Drahtlose Sensornetzwerke gestatten das Einbinden von räumlich verteilten Sensoren in eine gemeinsame Kommunikationsinfrastruktur. Um niedrige Betriebskosten zu erzielen, ist der autarke Betrieb solcher Sensorknoten wünschenswert.

In mehreren Vorarbeiten wurden am Institut Grundlagen für das stromsparende Messen von Umweltparametern (Lichtspektren, Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte), der Ener-gieversorgung von Mikrocontrollern aus der Umwelt (Energy Harvesting, Laderegelung, Stromversorgung) und von Beispielapplikationen für das The Things Network (TTN) erarbeitet.

In der Arbeit sollen diese Ergebnisse in einem kompakten selbstversorgenden Sensor-knoten zum Einsatz in Gewächshäusern zusammengefasst werden. Dazu ist ausgehend von Vorgängerarbeiten eine Schaltung zu entwickeln und praktisch umzusetzen. Weiterhin umfasst die Arbeit die Umsetzung des Umweltsensors als Gerät mit Berücksichtigung der spezifisch durch den Anwendungsfall geforderten Randbedingungen (Luftfeuchte, Temper-aturschwankungen, Energiebudget).

Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:

  • Einarbeiten in den Arbeitsstand,

  • Schaltungsentwurf,

  • Erstellen des Platinenlayouts, Aufbau und Inbetriebnahme der Schaltung,

  • Implementieren des Steuerprogrammes zum Auslesen der Sensordaten und deren Übertragung im TTN unter besonderer Beachtung eines niedrigen Stromverbrauchs,

  • Gehäusekonstruktion mit Schwerpunkt auf dem Geräteaspekt,

  • Charakterisieren und Dokumentation der erreichten Ergebnisse.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

 

 

Entwicklung der Steuerung für ein Goniofotometer

Goniofotometer dienen dem winkelaufgelösten Messen foto- oder radiometrischer Größen von Strahlungsquellen. Zu einem vorliegenden mechanischen Aufbau eines solchen Gerätes ist eine Elektronik zur Ansteuerung der motorischen und sensorischen Komponenten zu entwickeln und in Betrieb zu nehmen. Weiterhin ist eine Bedienoberfläche (z.B. Python+QT) zu entwickeln, mit der sich einfache Messungen durchführen lassen. Die Funktion ist abschließend messtechnisch zu charakterisieren und dokumentieren.

Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:

  • Einarbeiten in den Arbeitsstand,

  • Schaltungsentwurf, Layout, Aufbau der Elektronik,

  • Konzeption und Programmierung einer Bedienoberfläche,

  • Inbetriebnahme des Gesamtgerätes,

  • Charakterisieren der erreichten Winkelgenauigkeit (Richtigkeit+Präzision),

  • Dokumentieren der Ergebnisse.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

 

 

Entwurf eines Verfahrens und Programmes zum Kalibrieren und Justieren von Spektrometermesswerten

Spektrometer messen wellenlängenabhängige Energieverteilungen. Dazu kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz, bei denen zunächst weder Wellenlänge noch Intensität kalibriert, d.h. auf ein physikalisches Normal rückgeführt sind. Durch Kalibrieren und anschließendes Justieren wird der Messwert korrigiert, so dass im Anschluss eine spektroradiometrische Messung möglich ist.

Am Institut besteht häufiger die Notwendigkeit, Spektrometer zu kalibrieren und justieren. Daher soll ein einheitliches Verfahren zur Korrektur von Spektrometermesswerten erarbeitet und in einem universellen Programm umgesetzt werden. Hierfür stehen Spektrometer und Referenzlichtquellen zur Verfügung. Das Programm sollte so beschaffen sein, dass es sich universell an typische Aufgabenstellungen anpassen lässt und die grafische Ausgabe des Spektrums ermöglicht.

Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:

  • Einarbeiten in die Aufgabenstellung und vorhandene Messmittel,

  • Entwickeln eines Verfahrens zum Kalibrieren und Korrigieren der Messwerte,

  • Strukturieren in einzelne Programmmodule,

  • Implementieren in einem möglichst universellen Programm in einer geeigneten Programmiersprache (z.B. Python, QT),

  • Charakterisierung und Dokumentation der Ergebnisse

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

 

 

Entwicklung und Aufbau eines scannenden Nahinfrarotspektrometer

Aus einem vorhandenen Monochromator soll ein scannendes Spektrometer für den visuellen- und nahinfraroten Bereich der Strahlung aufgebaut werden. Zur Dispersion der Strahlung dient hierbei ein Gitter, welches motorisch angesteuert werden muss. Weiterhin wird ein Detektor benötigt, der im Bereich des angestrebten Spektrums empfindlich ist und ausgewertet werden kann. Im Ergebnis soll ein Aufbau vorliegen, der im Labor in Verbindung mit einem PC das Messen von Spektren gewährleistet.

Die Arbeit umfasst folgende Teilaufgaben:

  • Einarbeiten in den Stand der Technik sowie in bereits vorliegende Arbeiten,

  • mechanische Konzeption und Konstruktion des Aufbaus,

  • Recherche zu geeigneten Sensoren,

  • Konzeption der Ansteuer- und Auswerteelektronik,

  • Schaltungsentwicklung und Erstellen des Platinenlayouts,

  • Aufbau und Inbetriebnahme des Aufbaus,

  • Charakterisieren der erreichten Parameter,

  • Dokumentation der Ergebnisse.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

 


Arbeitsgruppe Feinwerktechnische Konstruktionen und Systeme
 

Weiterentwicklung von Verfahren zur Indoor-Positionsbestimmung

Nicht erst seit der Verbreitung von Staubsaugerrobotern in privaten Haushalten besteht die Notwendigkeit zur akkuraten Positionsbestimmung mobiler Einheiten in abgeschlossenen Räumen.
Während im Freien auf satellitengestützte Systeme wie GPS oder Galileo zurückgegriffen werden kann, so stehen deren Signale in geschlossenen Räumen oftmals nicht in hinreichender Qualität zur Verfügung. Weiterhin stellen Anwendungen im Indoor-Bereich häufig Anforderungen an die Genauigkeit der Positionsbestimmung, die von diesen System nicht mehr realisierbar sind. An dieser Stelle kommen dann Methoden zum Einsatz, die Signallaufzeiten lokaler Referenzquellen als Datengrundlage nutzen. Insbesondere Systeme auf Ultraschallbasis leiden hierbei jedoch unter einer Vielzahl an Störfaktoren, welche die theoretisch erreichbare Genauigkeit in der Praxis stark reduzieren.
In dieser Diplomarbeit sollen daher mögliche Fehlereinflüsse detailliert analysiert und im Anschluss systematisch Verbesserungen erarbeitet, implementiert und getestet werden. Ziel der Arbeit ist eine robustere sowie akkuratere Positionsbestimmung auf Basis von Ultraschallsignalen.
Es sind folgende Teilaufgaben zu lösen:

  • Recherche zum Stand der Technik im Bereich der Indoor-Positionsbestimmung
  • Durchführen von Versuchen am bestehenden Systems zur Quantifizierung von Fehlerquellen
  • Systematisches Erarbeiten und Simulieren verschiedener Optimierungsansätze
  • Umsetzen der vielversprechendsten Strategie in Form eines Versuchsstands
  • Vermessen und Evaluieren des verbesserten Aufbaus

 
Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Johannes Herold

BAR II/34, Tel. 463 344 36

johannes.herold2Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 


Arbeitsgruppe Simulation und Optimierung
 

Anwenden von ISO-Toleranzen in Polytop-basierten Simulationsverfahren
Für die Simulation und Optimierung von technischen Systemen müssen neben den Nennwerten auch die Toleranzen der beteiligten Parameter betrachtet werden. Bei konstruktiven Komponenten betrifft das neben deren Abmessungen auch Abweichungen der konkreten Form und Einbaulage. Die Analyse dieser Zusammenhänge ist mit herkömmlichen Handrechnungen kaum noch möglich. Deshalb ist das Interesse an computergestützten Modellierungsansätzen, sogenanntes Computer Aided Tolerancing (CAT), für solche 3D-Probleme groß.
Eine mögliche Lösung basiert auf dem Eingrenzen der Toleranzzonen durch Polytope, die die Freiheitsgrade der tolerierten Bereiche beschreiben. Diese Polytope bilden im Allgemeinen die Toleranzzone einer aus dem Normensystem bekannten Positionstoleranz ab. Weitere Toleranzarten lassen sich nicht direkt übernehmen. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Vereinbarkeit von ISO-Toleranzen und Polytopen systematisch untersucht und eine Methode zum Überführen entwickelt werden.

Aufbau und Analyse von Kontaktgraphen in mechanischen Baugruppen
Im technischen Entwicklungsprozess können die Einflüsse von Abweichungen bei der Produktion mechanischer Bauteile bereits simulativ untersucht werden. Sowohl für reine Abmessungen als auch für Form- und Lagebezüge ist es dabei relevant die Interaktion der Bauteile untereinander zu beschreiben. Die übliche Methode dazu ist der Aufbau eines Kontaktgraphen, der alle Verbindungen zwischen Komponenten einer Baugruppe beschreibt.
Ziel der Arbeit soll eine Methode zum möglichst automatisierten Aufbau eines Kontaktgraphen entwickelt werden. Ausgangspunkt ist dabei ein 3D-CAD-Modell. Für die Definition er Kontaktarten können zusätzlich auch Nutzereingaben abgefragt werden. Der Kontaktgraph sollte am Ende mit einer gängigen Simulationsmethode kompatibel sein.

Ableiten funktionsrelevanter Maße aus 3D-CAD-Modellen
Die Funktionsfähigkeit mechanischer Baugruppen lässt sich auf verschiedene Arten simulativ untersuchen. Voraussetzung dafür ist meist eine genaue Kenntnis des Entwurfes und ein fortgeschrittenes Verständnis der genutzten Simulationsmethoden. Als einer der ersten Schritte muss immer das Ziel der Untersuchung definiert werden.
Ziel dieser Arbeit ist es den Schritt der Zieldefinition für die Simulation von Form- und Lagetoleranzen zu vereinfachen. Dazu müssen die für die gewählte Mechanik funktional relevanten Abmessungen (engl. functional condition, FC) definiert werden. Es ist mit Hilfe einer um-fassenden Literaturrecherche ein System zu entwickeln, das diese Informationen anhand des vorhanden Geometriemodells mit möglichst wenigen und einfachen Nutzereingaben ableitet.

Simulation von Formtoleranzen auf Basis der Finite-Elemente-Methode
Die Arbeit im CAD-System beginnt mit den Nennwertabmessungen von Bauteilen. Nachfolgend ergänzte Toleranzangaben mechanischer Konstruktionen basieren in der Praxis oft auf Erfahrungswissen oder Experimenten. Das Gebiet hat ein großes Potential für die Optimierung funktionaler und wirtschaftlicher Aspekte. Eine dafür noch notwendige Grundlage ist die Modellierung von fertigungsbedingten Formabweichungen. Die Methode der Finiten-Elemente (FEM) eignet sich grundsätzlich, um diese Änderungen abzubilden.
Ziel der Arbeit ist der Aufbau eines Modells, bei dem über parametrisierbare FE-Modelle systematische und zufällige Formabweichungen simulierbar sind. Die jeweiligen Auswirkungen auf die Funktion sollen leicht zu ermitteln sein, damit automatisiert eine große Anzahl Versuche durchlaufen werden kann.

Übertragen und Analysieren von ISO-GPS-Toleranzen mittels STEP-Daten
Für den Austausch von Produktdaten wurde im Bereich der 3D-CAD-Modelle das STEP-Format (standard for the exchange of product model data) entwickelt. Der Dateityp ist in ISO 10303 standardisiert und bildet Daten aus verschiedenen CAD-Systemen einheitlich ab. Mit dem Applikationsprotokoll AP 242 werden unter anderem auch Anmerkungen zu Form- und Lagertoleranzen im Modell unterstützt. Das Format bildet damit eine einheitliche Grundlage zum Aufbau eines vom CAD-Programm unabhängigen Toleranzanalysetools.
Im Rahmen dieser Arbeit soll der aktuelle Stand des STEP-Standards analysiert und ein Überblick über die von CAD-Herstellern unterstützten Funktionen geschaffen werden. Als Grundlage für ein Toleranzanalysesystem ist eine Software zu entwickeln, mit der standardkonforme STEP-Daten geöffnet und für die Analyse notwendige Informationen ergänzt werden können. Für den Funktionsnachweis sind sowohl vorhandene Toleranzsolver als auch eigene Implementierungen bekannter Modelle nutzbar.

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Christoph Steinmann
BAR II/34, Tel. 463 32169
christoph.steinmannBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de


 


Arbeitsgruppe Elektromechanischer Entwurf
 

Elektrodynamischer Kurzhubantrieb
Gegenwärtig werden am Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design elektro-dynamische Direktantriebe für automatisierungstechnische Anwendungen entwickelt. Ausgehend von einem gegebenen Magnetkreis , Führungs und Aufbaukonzept soll ein derartiger translatorischer Antrieb mit einem Hub von 15 mm entwickelt, aufgebaut und getestet werden. Dazu ist nach einer Einarbeitung der Magnetkreis mittels magnetischen Netzwerkmodells und FEM zu dimensionieren, die Läuferführung auszulegen, der Antrieb im Detail zu konstruieren sowie nach Fertigung und Inbetriebnahme zu testen.
Abhängig vom Arbeitsumfang (Studien bzw. Diplomarbeit) sowie den Vorkenntnissen und Neigungen des Bearbeiters ist ggf. eine Fokussierung auf ausgewählte Teilaufgaben möglich. Bei Interesse können ähnliche, bereits realisierte Antriebsmodule im Labor besichtigt werden
.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Thomas Bödrich
BAR II/33, Tel. 463 35250
Thomas.Boedrich
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

Dipl.-Ing. Johannes Ziske
BAR II/33, Tel. 463 35250
johannes.ziske
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

 


Arbeitsgruppe Medizinische Gerätetechnik
 

 

Energy Harvesting für ein Biopatch zur Überwachung des menschlichen Stoffwechsels  

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Physik der TU Dresden und dem Industriepartner diafyt Medtech wird ein Biopatch zur Überwachung des Stoffwechsels von Diabetikern entwickelt. Als Sensoren werden organische elektrochemische Transistoren (OECT) verwendet. Diese sollen zusammen mit der Elektronik auf eine biokompatible Folie gedruckt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist, ein Energieversorgungskonzept basierend auf Energy Harvesting für ein gedrucktes Biopatch zu entwickeln. Dazu soll über eine NFC-Schnittstelle bei der Datenübertragung Energie eingekoppelt und in einem gedruckten Akkumulator gespeichert werden. Zur Datenverarbeitung wird der Ultra Low Power Mikrocontroller RF430FRL152H verwendet.
Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

  • Recherche zum Stand der Technik von gedruckter Elektronik und Energy Harvesting
  • Bewertung und Auswahl einer geeigneten Technologie
  • Entwicklung der Energieversorgung
  • Fertigung, Inbetriebnahme und Test der gedruckten Elektronik
  • Auswertung und Optimierung der Lösung

 

Zertifizierung von Medizinprodukten für Raumfahrtanwendungen   

Für das optimale Wohlbefinden der Astronauten werden auf künftigen Raumfahrtmissionen neuartige medizintechnische Geräte und KI Software benötigt. Daher soll in Zusammenarbeit mit dem DLR (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt) die Entwicklung elektronischer Medizinprodukte vorbereitet werden. Im Rahmen der Arbeit sind die Anforderungen und die Prozesse zur Zertifizierung von Medizinprodukten für Raumfahrtanwendungen zu recherchieren. Dies soll beispielhaft für minimal-invasive Sensoren zur Überwachung des Stoffwechsels der Astronauten erfolgen. Anschliessend soll dann zusammen mit dem DLR und dem Institut für Angewandte Physik der TU Dresden ein gedrucktes Biopatch zur Messung der Glukose und Harnsäure entwickelt bzw. optimiert werden.  

Weitere Informationen sind beim Ansprechpartner erhältich.

 

Konstruktion einer manuellen Injektionsvorrichtung für einen gedruckten Glukosesensor 

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Physik der TU Dresden und dem Industriepartner diafyt Medtech wird ein Biopatch zur Messung von Bioindikatoren, z.B. Glukose, für die Diabetestherapie entwickelt. Als Sensoren werden organische elektrochemische Transistoren (OECT) verwendet. Diese sollen zusammen mit der Elektronik auf eine biokompatiblen Folie gedruckt werden.
Das Ziel dieser Arbeit ist nun, eine wiederverwendbare Injektionsvorrichtung für den flexiblen Foliensensor zu entwickeln. Als Basis dient eine kommerzielle, wiederverwendbare Vorrichtung, die an die spezifischen Anforderungen des gedruckten Sensors angepasst werden soll.
Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

  • Analyse der vorhandenen kommerziellen Injektionsvorrichtung und des gedruckten Sensors
  • Entwicklung und Bewertung von Lösungsvarianten
  • Fertigung, Inbetriebnahhme und Funktionstest einer Lösung
  • Durchführung von Messungen an Vergleichsobjekten zur Bewertung der Lösung
  • Auswertung und Optimierung der Lösung

 

Biopatch zur Glukosemessung mit einem organischen, elektrochemischen Transistor (OECT)  

Das IFTE und das Institut für Angewandte Physik der TU Dresden entwickeln in Zusammenarbeit mit diafyt MedTech einen neuartigen Sensor zur Messung von Glukose im menschlichen Stoffwechsel und zur Behandlung von Diabetes. Für das Sensorelement wird ein druckbarer organischer elektrochemischer Transistor (OECT) verwendet. Eine Messschaltung soll den OECT optimal betreiben und Werte an den Ultra Low Power Mikrocontroller RF430FRL152H übergeben.
Das Ziel der Arbeit ist es, bereits vorhandene Lösungsvarianten der Schaltung zu vergleichen und zu optimieren.

Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

  • Elektronikentwurf zur Integration des Sensorelements im Ultra Low Power Design
  • Platinenlayout und Schaltungsaufbau, Test von Prototypen zusammen mit dem Sensorelement
  • Optimierung der Schaltungsparameter und Abgleich mit den Anforderungen
  • Testprogramm zur Messung und Anschluss an den Ultra Low Power ADC des Mikrocontroller RF430FRL152H

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. René Richter
BAR II/35, Tel. 463 36329
rene
.richterBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

 

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Letzte Änderung: 13.3.2024