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ANWENDUNGSBEISPIELE

Anwendungsbeispiele Data Science

Kunden aus verschiedenen Bereichen haben uns auch mit kleinen Problemen aus dem F&E Alltag beauftragt. Wir bieten gerne folgende Lösungen:

  • Anpassung von alten Messalgorithmen oder Skripten an neue Messsysteme
  • Entwicklung von  Software für Messungen oder Auswertungen
  • Automatisierte Auswertung von Labormessdaten, vor allem bei Reihenmessungen, wie sie z.B. im Rahmen von Zulassungsprüfungen durchgeführt werden.
  • Konzeption von Messungen passend zur Messaufgabe zur Minimierung des Arbeitsaufwandes.

 

Hier finden Sie einige Beispiele aus unseren bisherigen Projekten in Bereich der Medizintechnik, Industriemesstechnik und Automotiv:

Neuentwicklung eines Mess-Algorithmus im Bereich Medizintechnik


AUFGABENSTELLUNG Für die neue Generation eines Point-Of-Care Messgerätes wurde ein Algorithmus mit höherer Genauigkeit und Messgeschwindigkeit entwickelt, der darüber hinaus deutlich  stabiler gegen Störeinflüsse abgesichert werden konnte.
LÖSUNGSWEG Unsere Lösung umfasste dabei alle Schritte von der Messdaten-Analyse bis zur Prototypen-Implementierung in Matlab/Simulink:

  • Auswertung und Analyse komplexer Labormessreihen
  • Zeitreihenanalyse und mathematisches Modellieren von Kurvenverläufen bei unterschiedlichen Bedingungen und Entwicklung eines physikalischen Verständnisses der Prozesse
  • Entwicklung geeigneter digitaler Filtersysteme zur Signalaufbereitung
  • Entwicklung und Bewertung diverser Modelle zur digitalen Signalverarbeitung und deren Verifikation und Anpassung anhand Labormessdaten
  • Parameteroptimierung für die Modelle
  • Analyse des Einflusses klimatischer Bedingungen auf das Messergebnis und Entwicklung  geeigneter Korrektur
  • Vorentwicklung des Algorithmus in Matlab
  • Implementierung und Test der Signalverarbeitung für das Zielsystem (Embedded) mit Simulink
  • Projektbegleitung und Anpassung des Messsystems bis zum Prototypen-Phase anhand Model Based Design
ERGEBNIS Dieses sehr umfangreiche Projekt konnte dank Model-Based-Design Ansatzes mit Matlab/Simulink im Vergleich zu ähnlichen Projekten innerhalb sehr kurzer Zeit erfolgreich abgeschlossen werden.

 

Der Model-Based Design Ansatz hilft uns komplexe Algorithmen auf einfache Weise zu implementieren, wodurch Abläufe vereinfacht und Fehler vermieden werden. Der Ansatz erlaubt die Fokussierung der Entwickler auf ihre Kern-Arbeitsgebiete, wodurch – nicht zuletzt – auch die Kreativität gefördert und die Freude am Entwickeln erhöht wird.

Das Projekt wurde auf der Matlab Expo 2017 vorgestellt: Link

Physikalische Modellierung einer Elektrochemischen Zelle für einen Reglerentwurf


AUFGABENSTELLUNG Für eine elektrochemische Zelle soll ein digitaler Regler entwickelt werden. Dafür wurde ein physikalisches Modell der Zelle in Simulink erstellt und anhand von Messreihen parametriert.

Der Digital-Regler wurde ebenfalls in Simulink modelliert und mit Hilfe des Regelkreis-Modells optimiert. Für die Prototypen-Entwicklung wurde der C-Code für den Regler mit Hilfe des Simulink Embedded Coders direkt aus dem Modell exportiert.

LÖSUNGSWEG
  • Physikalische Modellierung einer elektrochemischen Zelle
  • Modellparametrierung anhand von Labormessreihen
  • Entwurf eines Digitalreglers
  • Modellierung des Regelkreises und Regler-Optimierung
  • Code-Erstellung mittels Simulink Embedded Coder
ERGEBNIS  Die Abbildung zeigt das vereinfachte Model vom Regler.

 

Der Graphik zeigt sehr gute Übereinstimmung von den experimentellen Messdaten und den modellierten.

 

Medizintechnik: Erkennung des fehlerhaften Verhaltens eines Biosensors


AUFGABENSTELLUNG Bei einem medizinischen Messsystem wird mit Hilfe von Elektroden eine elektrochemische Reaktion gemessen. Diese Sensoren zeigten während klinischer Tests Probleme, die zu Fehlmessungen führen könnten und die daher in Zukunft durch die Software des Messsystems erkannt werden müssen. Im Rahmen dieses Projektes wurden Methoden entwickelt, um in Signalverlauf des Sensors Anzeichen für das Auftreten dieser Fehler rechtzeitig zu erkennen. Dadurch können fehlerhafte Sensoren außer Betrieb genommen werden, bevor es überhaupt zu Fehlmessungen kommen kann.
LÖSUNGSWEG
  • komplexe Zeitreihen- und Korrelationsanalysen
  • Entwicklung von Kriterien zur Erkennung fehlerhafter Kurvenverläufe
  • Vorentwicklung der Algorithmen in Matlab
  • Parameteroptimierung für die Modelle
  • Implementierung der Signalverarbeitungsmodelle in Simulink
ERGEBNIS Die Abbildung zeigt die ROC Kurve für eine der entwickelte Fehlererkennungsmechanismen. Hierfür wurden zwei Modellen vorgeschlagen. Für jeden Parametersatz der Modelle kann einen Punkt (Sensitivität – Spezifität Paar) des Graphiks berechnet werden.

 

Industriemesstechnik: Inspektion von Oberflächen für Instandhaltungsaufgaben


AUFGABENSTELLUNG Für die routinemäßige Inspektion von Oberflächen in einer industriellen Anlage wird ein robotergestütztes Inspektionssystem entwickelt. Dieses Sys­tem führt eine Kamera mit und soll an Hand von Aufnahmen der Oberflächen automatisch deren Abnutzungsgrad bestimmen. Der Abnutzungsgrad ist ausschlaggebend für die Einleitung weitergehender Wartungsarbeiten. Bei der Analyse muss sowohl die Feinstruktur der Oberfläche bewertet werden, um eine beginnende Rissbildung zu erkennen, aber auch die Gesamtform der Oberflä­che in dreidimensionaler Form er­fasst werden, um eine Erosionsvorgänge zu erkennen.
LÖSUNGSWEG
  • Konzeption des Bildaufnahmesystems einschließlich der Beleuchtung unter Berücksichtigung der Bauraumvorgaben
  • Entwicklung eines Algorithmus für die Bildaufnahme und Erzeugung von Bildern mit hohem Dynamikumfang (HDR)
  • Algorithmus zur 3D-Rekonstruktion von Oberflächen aus Streifenlichtprojektions-Bildern
  • Erkennung von Einzelnen Komponenten der Oberfläche im Bild
  • Parameteroptimierung für das Modell anhand Testbilder
ERGEBNIS   Die Abbildung zeigt die 3D Rekonstruktion von der Oberfläche.

 

Messbegleitende Bildanalyse


AUFGABENSTELLUNG Für die Entwicklung einer neuen Testreagens zum Einsatz in der medizinischen Diagnostik wurde ein Bild-Aufnahmesystem einschließlich Auswertesoftware entwickelt . Das System nimmt den Ablauf des Reagenzvorgangs mit hoher Geschwindigkeit aus zwei Beobachtungswinkeln auf. Dadurch kann die Homogenität des Substanzauftrags und deren Einfluss auf die Testdynamik untersucht werden.  Darüber hinaus kann eine statistische Auswertung der Flüssigkeitsausbreitung erfolgen.
LÖSUNGSWEG  

  • Planung und Aufbau der für den Aufbau eingesetzten Kameratechnik
  • Software zur Bildaufnahme und Synchronisation der Videostreams
  • Computer Vision Methoden: Objekterkennung und –Tracking im Bild und Video
  • Erstellung einer einfach zu bedienenden Benutzeroberfläche (GUI)
  • Statistische Analysen
ERGEBNIS Die Abbildung zeigt eine inhomogene Verteilung der Substanzen auf dem Träger.

Die gemessene chemische Reaktion läuft tatsächlich auf diversen Stellen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ab.

 

Datenanalyse im Zusammenhang mit Reklamationen von Messgeräten


AUFGABENSTELLUNG Ein Messgerätehersteller registrierte den Anstieg von Reklamationen bezüglich fehlerhafter Messungen eines bestimmten Gerätetyps. Es sollte die Frage geklärt werden, ob dieser Anstieg auf einen Produktionsfehler zurückzuführen war oder durch statistische Fluktuation natürlicher Fehlerursachen wie z.B. Bedienungsfehlern erklärt werden konnte. Dafür wurden die auf den reklamierten Geräten gespeicherten Messergebnisse und Log-Daten sowie die zugehörigen Reklamationsmeldungen verwendet.
LÖSUNGSWEG
  • Automatisierte Zusammenführung von Reklamationsmeldungen und Log-Daten der reklamierten Geräte
  • Zeitreihenanalyse der Messdaten aus den Geräten
  • Korrelationsanalysen
  • Modellentwicklung für den fehlerfreien Messvorgang und Fehlbedingungen
  • Vergleich von Messdaten aus den reklamierten Geräten mit Labormessungen

Anwendungsbeispiele Optik

erscheinen in Kürze…

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