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Evaluation und prototypische Inbetriebnahme eines Cognitive Serverless Frameworks für Energy-Use-Cases im Cloud-Edge-Continuum (BA/PA/MA)

Im europäischen Forschungsprojekt SovereignEdge.COGNIT wird ein KI-gestütztes, adaptives Serverless Framework für das Cloud-Edge-Continuum entwickelt. Ziel ist es, Anwendungen einen sicheren und portablen Zugriff auf verteilte Datenverarbeitungsressourcen entlang von Cloud, Edge und IoT zu ermöglichen. Die öffentlich verfügbaren Projektergebnisse umfassen u. a. Deliverables zur Referenzarchitektur, zum Distributed-FaaS-Modell, zur KI-gestützten Serverless-Plattform sowie zur Integration und Validierung des Frameworks.

Einer der bereitgestellten Anwendungsfälle adressiert das Energiemanagement in einem Haushalt. Dabei wird eine Anwendung auf einem Smart Energy Meter simuliert, welche energetisch relevante Geräte wie Photovoltaik, Ladeinfrastruktur, Heizung, Batteriespeicher und sonstige Verbraucher steuert. Da der Smart Energy Meter nur über begrenzte Ressourcen verfügt, werden rechenintensive KI-Funktionen für Inferenz und Training an das COGNIT Framework ausgelagert. Für die Inbetriebnahme der COGNIT-Umgebung steht mit COGNIT OpsForge zudem ein Werkzeug zur automatisierten Bereitstellung des COGNIT Stacks zur Verfügung. Dieses soll u. a. OpenNebula, COGNIT Frontend, Optimizer, Devices Load Estimator sowie Edge-Cluster-Komponenten auf Zielinfrastrukturen ausrollen und konfigurieren.

Ziel dieser studentischen Arbeit ist die Nachvollziehbarkeit, technische Reife, Wiederverwendbarkeit und Übertragbarkeit der bereitgestellten Ergebnisse zu bewerten. Hierzu soll zunächst der Stand der Technik zu Serverless Computing im Cloud-Edge-Continuum sowie zu vergleichbaren europäischen Vorhaben ermittelt werden. Dazu sind die veröffentlichten Deliverables und Softwareartefakte des COGNIT-Projekts mit Fokus auf den Energy Use Case systematisch zu untersuchen, aufzusetzen und zu evaluieren. Anhand dessen kann geprüft werden, inwiefern sich die COGNIT-Komponenten anhand der verfügbaren Dokumentation und Repositories in einer geeigneten Labor- oder Testumgebung installieren, konfigurieren und betreiben lassen.

(Mögliche) Schwerpunkte der Arbeit

  • Ermittlung und Strukturierung der relevanten COGNIT-Deliverables, insbesondere zu Architektur, Distributed FaaS, Workload-Orchestrierung, Integration und Validierung
  • Analyse des Energy Use Cases hinsichtlich Zielsetzung, Architektur, Datenflüssen, Komponenten, Simulationsmodell und Offloading-Mechanismus
  • Aufbau einer Testumgebung zur Installation und Inbetriebnahme ausgewählter COGNIT-Komponenten, insbesondere unter Verwendung von COGNIT OpsForge
  • Bewertung der Dokumentationsqualität, Installierbarkeit, Nachvollziehbarkeit und technischen Reife der bereitgestellten Softwareartefakte
  • Durchführung und Dokumentation exemplarischer Tests des Energy Use Cases, z. B. Simulation mehrerer Haushalte, Variation von Lastprofilen, Offloading-Frequenzen oder Ressourcenparametern
  • Untersuchung der Eignung des Ansatzes für Edge- und IoT-nahe Energiemanagement-Szenarien
  • Vergleich mit ähnlichen Vorhaben im Cloud-Edge-IoT-Continuum, z. B. europäischen MetaOS-, Edge-Orchestration- oder Serverless-Edge-Projekten
  • Ableitung von Verbesserungspotenzialen, Lessons Learned und Handlungsempfehlungen für Forschung, Lehre oder weitere studentische Arbeiten

Je nach Art und Umfang der Arbeit kann der Fokus stärker auf der technischen Inbetriebnahme, der Evaluation des Energy Use Cases, dem Vergleich mit ähnlichen Forschungs- und Open-Source-Vorhaben oder der Ableitung von Handlungsempfehlungen für den praktischen Einsatz liegen. Als Ergebnis soll ein strukturierter Evaluationsbericht entstehen, der sowohl technische Erfahrungen als auch konzeptionelle Erkenntnisse zur Nutzbarkeit von COGNIT im Edge-Computing-Kontext dokumentiert.

Mögliche Varianten der Arbeit

  • Technisch-prototypische Variante: Fokus auf Aufbau, Deployment, Fehleranalyse und lauffähiger Demonstration des Energy Use Cases.
  • Evaluationsorientierte Variante: Fokus auf systematische Bewertung der Deliverables, Repositories, Dokumentation, Architektur und Wiederverwendbarkeit.
  • Vergleichende Variante: Fokus auf COGNIT im Kontext ähnlicher Projekte wie aerOS, NebulOuS, NEMO, FLUIDOS, ICOS oder weiterer Cloud-Edge-IoT-Initiativen. Die EUCloudEdgeIoT-Initiative bündelt entsprechende Forschungs- und Innovationsprojekte im Cloud-Edge-IoT-Continuum; einzelne Projekte wie aerOS adressieren explizit Meta-Betriebssysteme für das IoT-Edge-Cloud-Continuum.
  • Anwendungsorientierte Variante: Fokus auf die Übertragbarkeit des Energy Use Cases auf weitere Energiemanagement-, Smart-Home-, Smart-Building- oder industrielle Lastmanagement-Szenarien.

Erwartetes Ergebnis
Erwartet wird eine nachvollziehbare und kritisch reflektierte Bewertung der COGNIT-Ergebnisse mit Fokus auf praktische Nutzbarkeit. Je nach gewähltem Schwerpunkt kann dies durch eine lauffähige Testumgebung, eine reproduzierbare Installations- und Testdokumentation, ein Evaluationsraster, einen Vergleich mit ähnlichen Systemen oder konkrete Verbesserungsvorschläge ergänzt werden.

Voraussetzungen
Hilfreich sind Kenntnisse oder Interesse in den Bereichen Edge Computing, Cloud-Infrastrukturen, Linux, Virtualisierung, Containerisierung, Automatisierung, Serverless Computing oder Energiemanagement. Je nach Ausrichtung der Arbeit können auch Python-, Git-, Ansible-, Terraform- oder OpenNebula-Kenntnisse von Vorteil sein. Eine Einarbeitung in die jeweiligen Werkzeuge ist im Rahmen der Arbeit möglich.

Wenn die ausgeschriebene Arbeit noch online ist, dann ist sie auch noch aktuell. Sollten Sie Interesse an der Arbeit haben, so kommen Sie bitte mittels einer E-Mail (in der Sie kurz Ihr Vorwissen darstellen) auf mich zu. Sollten Sie eine intrinsische Motivation für ein angrenzendes oder ähnlichen Thema haben, so stellen Sie in Ihrer Anfrage bitte den Bezug zu meiner Ausschreibung dar.

Bitte stellen Sie die komplette Anfrage in deutscher Sprache, auch wenn Sie die Ausarbeitung in Englisch verfassen werden. Hintergrund ist, dass Sie sich in laufende Forschungsprojekte einbringen mit den Unternehmen austauschen können sollen und von diesen wird mehrheitlich eine Kommunikation auf Deutsch gewünscht.

Weitere Informationen erhalten Sie auf Anfrage, der Arbeitsumfang kann entsprechend der Arbeit angepasst werden und die Bearbeitung weitestgehend im Home-Office stattfinden.

Siemens AG [Extern BA/MA]: Entwicklung industrieller Produktionsanwendungen auf Basis des humanoiden Roboters AgiBot G2

Ausgangssituation:

Humanoide Roboter entwickeln sich derzeit rasant von reinen Forschungsplattformen hin zu industriell verwertbaren Systemen und versprechen durch ihre menschenähnliche Oberkörperkinematik eine flexible Integration in bestehende, auf den Menschen ausgelegte Produktionsumgebungen. Der AgiBot G2 ist ein wheel based humanoider Roboter mit einer radbasierten mobilen Plattform und einem humanoiden Oberkörper mit zwei Armen sowie geschickten Greifern, der speziell für industrielle Manipulations- und Logistikaufgaben konzipiert wurde. Durch den Verzicht auf eine zweibeinige Fortbewegung bietet die Plattform eine besonders hohe Stabilität, Energieeffizienz und Nutzlast bei gleichzeitig hoher Beweglichkeit in geplanten Fabrikumgebungen.

In einer Industrieumgebung der Siemens AG wird mit dem AgiBot G2 erstmals ein humanoides System dieser Klasse aufgebaut und in Betrieb genommen. Vor diesem Hintergrund besteht ein konkreter Bedarf, die Plattform systematisch zu erschließen, geeignete Schnittstellen und Toolchains zu etablieren sowie erste industrierelevante Anwendungsfälle aus dem Umfeld der Siemens AG prototypisch umzusetzen, um den Reifegrad und das Einsatzpotenzial des Systems belastbar einschätzen zu können.

Zielsetzung:

Ziel dieser Arbeit ist die erstmalige Umsetzung industrieller Anwendungsfälle auf Basis des humanoiden Roboters AgiBot G2. Im Rahmen der Arbeit sollen die Plattform aufgebaut, die relevanten Schnittstellen erschlossen sowie eine durchgängige Toolchain für Wahrnehmung, Manipulation und Navigation etabliert werden. Aufbauend darauf werden ausgewählte produktionsnahe Anwendungsfälle prototypisch umgesetzt und hinsichtlich Robustheit, Geschwindigkeit und Integrationsaufwand bewertet. Aus den Ergebnissen sollen abschließend konkrete Handlungsempfehlungen für den weiteren produktiven Einsatz des Systems im industriellen Umfeld der Siemens AG abgeleitet werden.

Aufgabenschwerpunkte & Arbeitspakete:

  • Einarbeitung in den Stand der Technik zu wheeled humanoiden Robotern, bimanueller Manipulation und Foundation Models für robotische Anwendungen
  • Aufbau und mechanische sowie elektrische Erstinbetriebnahme der AgiBot G2 Plattform am Standort der Siemens AG [Erlangen]
  • Einarbeitung in das SDK des AgiBot G2 sowie Aufbau einer durchgängigen Toolchain für Steuerung, Wahrnehmung und mobile Manipulation
  • Integration des Systems in die bestehende ROS basierte Infrastruktur des Lehrstuhls und Anbindung an relevante Sensorik und Peripherie
  • Auswahl und Spezifikation industrierelevanter Anwendungsfälle in Abstimmung mit der Siemens AG
  • Prototypische Umsetzung erster produktionsnaher Demonstratoren auf Basis des AgiBot G2
  • Systematische Bewertung der erzielten Performanz hinsichtlich Robustheit, Geschwindigkeit, Sicherheit und Integrationsaufwand anhand definierter Kriterien
  • Ableitung konkreter Handlungsempfehlungen für den weiteren produktiven Einsatz humanoider Roboter im industriellen Umfeld
  • Strukturierte Dokumentation der Arbeit und Präsentation der Ergebnisse

Vorkenntnisse:

  • Interesse an industrieller Robotik, humanoiden Systemen und künstlicher Intelligenz
  • Erfahrung mit Linux und ROS von Vorteil
  • Grundlegende Programmierkenntnisse in Python und C++ von Vorteil, aber nicht zwingend erforderlich
  • Sehr gute Deutsch und Englisch Kenntnisse

Der Arbeitsumfang kann entsprechend der Art der Abschlussarbeit angepasst werden.

Bewerbungen ausschließlich per E-Mail mit aussagekräftigen Unterlagen (Lebenslauf, vollständige Notenübersicht)

Intelligente Prozessoptimierung beim Richten von Flachdraht für elektrische Antriebe [BA/PA/MA]

Hintergrund
Die Fertigung elektrischer Antriebe, wie etwa Hairpin-, Continuous-Hairpin- oder Axialflussmaschinen, erfordert eine präzise Kontrolle von Material und Prozess. Ein zentraler Schritt ist das Richten von Flachdraht, das bislang auf festen Parametern und Erfahrungswissen basiert. Dabei werden Schwankungen im Material nur unzureichend berücksichtigt. Das Ziel besteht darin, diesen Prozess mithilfe moderner Sensorik, Messtechnik und innovativer Regelungsansätze weiterzuentwickeln, um die Produktionsqualität effizient zu steigern.

 

Mögliche Aufgabenstellungen
Studentische Arbeiten können zu einem der folgenden Themen erarbeitet werden:

  • Integration eines Interferometers zur Isolationsschichtdickenmessung
  • Modellierung und Simulation des Richtprozesses
  • Weiterentwicklung einer flexiblen, mechanischen Abisolierstation für Flachdraht
  • SPS-Programmierung einer Schwenkbiege-Anlage zum 2D-Biegen von Flachdraht

Die detaillierten Inhalte und Aufgabenstellungen werden in einem persönlichen Gespräch besprochen.

 

Anforderungsprofil

  • Interesse an der Produktion elektrischer Traktionsantriebe
  • Je nach Themengebiet sind Grundkenntnisse in Konstruktion, Messtechnik, Programmierung, Datenanalyse (KI/ML) oder Regelungstechnik erforderlich.
  • Freude an praktischer Arbeit (Versuchsreihen, Messtechnik, Anlagenaufbau)
  • Analytisches, strukturiertes und selbstständiges Arbeiten
  • Teamfähigkeit und Kommunikationsstärke
  • Gute Deutsch- und Englischkenntnisse in Wort und Schrift

 

Bewerbung
Bitte senden Sie Ihre Bewerbung mit

  • Lebenslauf
  • Aktuellem Notenspiegel
  • Angabe der bevorzugten Aufgabenstellung

per E-Mail an anja.preitschaft@faps.fau.de

Wichtig: Bewerbungen ohne konkrete Nennung eines Themenbereichs können leider nicht bearbeitet werden.

BA/PA/MA: Simulation sehnengetriebener Robotersysteme in Isaac Sim

Motivation
Sehnengetriebene Aktuationssysteme sind ein zentraler Ansatz moderner Robotik, insbesondere für humanoide und leichte, energieeffiziente Systeme. Durch die Entkopplung von Aktuator und bewegter Struktur lassen sich Massen reduzieren und komplexe Bewegungen realisieren. Für Entwicklung, Auslegung und spätere Steuerung solcher Systeme sind realitätsnahe Simulationen essenziell.
Unterschiedliche physikalische Modellierungsansätze für Seil- und Sehnenstrukturen (z. B. vereinfachte oder kontinuierliche Modelle) unterscheiden sich jedoch stark hinsichtlich Genauigkeit, Stabilität und Rechenaufwand. Diese Unterschiede wirken sich direkt auf die Nutzbarkeit in simulationsbasierten Entwicklungsprozessen und insbesondere auf Reinforcement-Learning-Anwendungen in NVIDIA Isaac Sim / Isaac Lab aus.

Ziel der Arbeit
Ziel der Arbeit ist die systematische Untersuchung und prototypische Implementierung ausgewählter Simulationsmethoden für Seil- und Sehnenstrukturen. Im Fokus steht die Frage, wie unterschiedliche physikalische Modellierungen praktisch umgesetzt werden können und welchen Einfluss sie auf das Verhalten der Simulation sowie auf die Trainingsstabilität und Performance von RL-Algorithmen haben.
Die Ergebnisse sollen vergleichbar aufbereitet und hinsichtlich ihrer Eignung für robotische Anwendungen bewertet werden.

Schwerpunkte

  • Simulationsmethoden & Implementierung in Isaac Sim / Isaac Lab
  • Vergleich & RL-basierte Bewertung

Weitere Informationen
Infos auf Anfrage. Bewerbung per E-Mail mit Lebenslauf und Notenübersicht.

Prototyp einer self-managed Multi-Cluster-Architektur für die Edge (BA/PA/MA)

Der Einsatz von Edge Computing gewinnt in vielen Bereichen an Bedeutung, da er die Datenverarbeitung näher an den Ort der Datenentstehung verlagert und damit Latenzen, Bandbreitenbedarf sowie Abhängigkeiten von Cloud-Verbindungen reduziert. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Automatisierung, Lifecycle Management und Fleet Operations, weil Edge-Knoten oft heterogen sind, in instabilen Netzen laufen und nur eingeschränkt an verteilten Ort gewartet werden können.

Ziel dieser studentischen Arbeit ist der Aufbau und die prototypische Evaluation einer self-managed Edge-Kubernetes-Referenzarchitektur (hub-and-spoke), die zunächst virtuelle Edge Devices (VMs auf Proxmox VE und/oder OpenStack) nutzt und später auf dedizierte Hardware übertragbar ist. Im Fokus steht eine reproduzierbare Day-0 Provisioning Pipeline via (i)PXE boot sowie first-boot configuration mit cloud-init und Ignition/Combustion (optional unter Nutzung von Matchbox). Darauf aufbauend sollen mehrere Linux- und Kubernetes-Cluster-Varianten automatisiert gestartet und zentral mit GitOps sowie Fleet-style Multi-Cluster Rollout verwaltet werden.

(Mögliche) Schwerpunkte der Arbeit:

  • Design & Implementierung einer hub-and-spoke Referenzarchitektur für self-managed Edge Kubernetes (Management Cluster + Edge Spokes).
  • Provisioning Pipeline: Klassisches (i)PXE, darauf aufbauendes Netboot mittels HTTPBoot via UEFI or U-Boot oder je nach BMC auch IPMI/Redfish, Profilverwaltung (optional Matchbox) und Konfiguration via Ignition/Combustion/cloud-init. Parallel dazu Lifecycle Management mittels Cluster API und entsprechendem Provider (z.B. CAPM3 (Metal³ im Falle OpenStack Ironic) oder CAPT (Tinkerbell im Falle von einfachem iPXE/Netboot))
  • Definition von stabilen Cluster-Profilen (z.B. Talos Linux, openSUSE Leap Micro + k3s, Ubuntu + MicroK8s oder Debian + k0s) inkl. automatisiertem Bootstrap und Re-Provisioning (replaceable nodes).
  • GitOps-gestützte Baseline: Standardisierte Installation von Add-ons (z. B. Longhorn, Ingress, Observability) über Argo CD oder Flux.
  • Persistence & Registry Integration: Longhorn als persistence storage, Deployment-Pipeline über GitLab CI/CD, GitLab Container Registry, Harbor als Proxy Cache und Replication Bridge / Pull-Through Cache (ggf. zunächst lediglich GitLab Dependency Proxy für Docker Hub) und optional K3s Spegel.
  • Dokumentation & Demonstrator: Nachvollziehbare Architektur-/Betriebsdokumentation, IaC/Automation in einem Git-Repository sowie eine Demo-Umgebung als Testbed für Forschung/Lehre.

Ausblick auf darauf aubauende Arbeiten:

  • Erweiterung des Lifecycle Managements um Foreman und Katello.
  • Fleet-style Multi-Cluster Rollout: Vergleich und Bewertung von Rancher Fleet, Argo CD ApplicationSet und Flux (optional Open Cluster Management (OCM) / Karmada) anhand definierter Kriterien (Drift, Skalierbarkeit, Multi-tenancy, Offline-Toleranz, Usability usw.).
  • Integration und Reifegradbewertung von KubeEdge/OpenYurt oder LF Edge Komponenten (FIDO Device Onboard, EVE-OS, EdgeX Foundry) im Rahmen der bestehenden Architektur.

Wenn die ausgeschriebene Arbeit noch online ist, dann ist sie auch noch aktuell. Sollten Sie Interesse an der Arbeit haben, so kommen Sie bitte mittels einer E-Mail (in der Sie kurz Ihr Vorwissen darstellen) auf mich zu. Sollten Sie eine intrinsische Motivation für ein angrenzendes oder ähnlichen Thema haben, so stellen Sie in Ihrer Anfrage bitte den Bezug zu meiner Ausschreibung dar.

Bitte stellen Sie die komplette Anfrage in deutscher Sprache, auch wenn Sie die Ausarbeitung in Englisch verfassen werden. Hintergrund ist, dass Sie sich in laufende Forschungsprojekte einbringen mit den Unternehmen austauschen können sollen und von diesen wird mehrheitlich eine Kommunikation auf Deutsch gewünscht.

Weitere Informationen erhalten Sie auf Anfrage, der Arbeitsumfang kann entsprechend der Arbeit angepasst werden und die Bearbeitung weitestgehend im Home-Office stattfinden.

Realisierung eines Mixed-SBC-Clusters für die Edge (BA/PA/MA)

Der Einsatz von Edge Computing gewinnt in vielen Bereichen an Bedeutung, da er die Datenverarbeitung näher an den Ort der Datenentstehung verlagert und damit Latenzen, Bandbreitenbedarf sowie Abhängigkeiten von Cloud-Verbindungen reduziert. Ein Mixed-SBC-Cluster, der verschiedene Single Board Computer (SBC) wie Nvidia Jetson, Raspberry Pi und verschiedene Hardwareerweiterungen umfasst, bietet eine ausgezeichnete Plattform, um die Herausforderungen und Möglichkeiten des Edge Computings zu erproben und zu demonstrieren.

Ziel ist die Entwicklung eines Mixed-SBC-Clusters für die Edge, der als experimentelle Plattform in industrienaher Forschung und für Lehrzwecke im Automatisierungsumfeld dient. Dieser Cluster soll die Heterogenität realer OT-Infrastrukturen bedienen und das Sammeln praktischer Erfahrungen mit Cluster-Management, verteilten Speichersystemen und der Integration von Erweiterungsmodulen (z.B. Funkmodul, Neural Processing Unit und Field Programmable Gate Array) eröffnen.

(Mögliche) Schwerpunkte der Arbeit:

  • Aufbau und Konfiguration eines heterogenen SBC-Clusters für Edge Computing Szenarien.
  • Einsatz eines Cluster-Management-Systems und Implementierung eines Service Mesh.
  • Einsatz von Automatisierungswerkzeugen und Infrastruktur-as-Code (IaC) zur effizienten Verwaltung und Konfiguration.
  • Implementierung eines Lifecycle-Managements des Betriebs bestehend aus Monitoring, Sicherung, Wartung und Aktualisierung.
  • Integration von Storage-Lösungen und spezifischen Erweiterungsmodulen für verschiedene Anwendungsfälle.
  • Integration in Anwendungsfälle der Automatisierungstechnik in industriellen Produktionsanlagen, der Gebäudeautomatisierung und insbesondere des Energiemanagements.
  • Beitrag zum Transfer in die Lehre als Praktikumsversuch oder Übungseinheit

Wenn die ausgeschriebene Arbeit noch online ist, dann ist sie auch noch aktuell. Sollten Sie Interesse an der Arbeit haben, so kommen Sie bitte mittels einer E-Mail (in der Sie kurz Ihr Vorwissen darstellen) auf mich zu. Sollten Sie eine intrinsische Motivation für ein angrenzendes oder ähnlichen Thema haben, so stellen Sie in Ihrer Anfrage bitte den Bezug zu meiner Ausschreibung dar.

Bitte stellen Sie die komplette Anfrage in deutscher Sprache, auch wenn Sie die Ausarbeitung in Englisch verfassen werden. Hintergrund ist, dass Sie sich in laufende Forschungsprojekte einbringen mit den Unternehmen austauschen können sollen und von diesen wird mehrheitlich eine Kommunikation auf Deutsch gewünscht.

Weitere Informationen erhalten Sie auf Anfrage, der Arbeitsumfang kann entsprechend der Arbeit angepasst werden und die Bearbeitung weitestgehend im Home-Office stattfinden.

Siemens AG [BA/MA Extern]: Entwicklung einer Methodik zur effizienten Generierung von Trainingsdaten für Vision Language Action (VLA) Modell-basierte Robotermanipulation

Ausgangssituation:

Vision Language Action (VLA)-Modell- und World-Modell-basierte Ansätze versprechen einen Paradigmenwechsel beim Training von Robotersystemen für komplexe Manipulationsaufgaben mit variablen Randbedingungen. Eine wesentliche Herausforderung ist jedoch der enorme Datenbedarf, insbesondere die Generierung hochwertiger Trainingsdaten. Die oft als optimal angesehene Datenerfassung durch direkte Teleoperation des Endsystems ist extrem zeit- und kostenintensiv sowie durch menschliche Fähigkeiten limitiert. Simulationsbasierte Daten leiden wiederum oft unter mangelnder Übertragbarkeit auf reale Systeme. Es besteht ein dringender Bedarf, effizientere Wege zur Trainingsdatenerfassung für VLA-basierte Systeme im industriellen Umfeld zu finden und zu evaluieren.

Zielsetzung:

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methodik zur effizienten Generierung von Trainingsdaten für VLA-basierte Robotersysteme in einem industriellen Fertigungsumfeld. Im Rahmen der Arbeit sollen verschiedene Ansätze zur Datengenerierung wie simulationsbasierte Daten, Lernen aus First-Person-View-Videos und Mischformen implementiert, analysiert und deren Einsetzbarkeit sowie Effektivität bewertet werden. Hieraus soll abschließend eine Methodik abgeleitet werden, die die effiziente Datenerzeugung für industrialisierbare VLA-basierte Ansätze ermöglicht.

Aufgabenschwerpunkte & Arbeitspakete:
  • Einarbeitung in den Stand der Technik zu VLA-Modellen, Trainingsdatengenerierung und industrieller Robotik
  • Strukturierte Literaturrecherche zu bestehenden Ansätzen zur Trainingsdatengenerierung sowie zu relevanten Benchmarks zur Bewertung der Effektivität verschiedener Datenerfassungsmethoden
  • Umsetzung und Analyse der Einsetzbarkeit verschiedener Trainingsdatenerfassungsansätze in industriellen Prozessen
  • Durchführung eines strukturierten Versuchsplans zur Erfassung von Trainingsdaten aus unterschiedlichen Quellen und anschließendes Finetuning eines VLA-Modells mit verschiedenen Datensätzen für einen exemplarischen Prozess
  • Vergleich der erzielten Ergebnisse und Untersuchung des Einflusses verschiedener Datenmischstrategien auf die Modellperformanz
  • Ableitung einer Methodik zur effizienten Generierung von Trainingsdaten für VLA-modellbasierte Robotermanipulation
  • Strukturierte Dokumentation der Arbeit und Präsentation der Ergebnisse

Vorkenntnisse:

  • Interesse an industrieller Robotik und künstlicher Intelligenz
  • Grundlegende Programmierkenntnisse in Python von Vorteil, aber nicht erforderlich
  • Sehr gute Deutsch- und Englisch-Kenntnisse

Der Arbeitsumfang kann entsprechend der Art der Abschlussarbeit angepasst werden.

Bewerbungen ausschließlich per E-Mail mit aussagekräftigen Unterlagen (Lebenslauf, vollständige Notenübersicht)

BA/PA: LLM-basierte Service-Automatisierung im Maschinenbau: Systematische Analyse der Prozessphasen klassicher Vorgehensmodelle 

Kontext und Motivation

Service-Exzellenz ist einer der letzten verbleibenden Wettberwerbsvorteile deutscher Hidden Champions aus dem mittelständischen Maschinen- und Anlagenbau, um sich im Umfeld eines zunehmenden internationalen Preisdrucks zu behaupten. Doch der Fachkräftemangel einerseits und der  drohende Wissensabfluss durch den bevorstehenden Renteneintritt maßgeblicher Service-Experten der Babyboomer-Generation andererseits gefährden diesen Vorsprung.
Generative KI verspricht hier Abhilfe zu schaffen: Durch die automatisierte Bearbeitung insbesondere einfacher technischer Kundenanfragen auf Basis des aktuell noch meist implizit vorliegenden Wissenschatzes der Unternehmen soll technischer Kundenservice durch Entlastung und gezielten Einsatz der verbleibenden Experten skalierbar gemacht werden.

Eine Herausforderung hierbei ist, dass etablierte Vorgehensmodelle für KI-Projekte wie etwa CRISP-DM aus einer Zeit von strukturierten Tabellendaten und prädiktiven Modellen stammen (Narrow AI). Es stellt sich daher die Frage in wie weit solch klassische Vorgehensmodelle für die Umsetzung LLM-basierter Anwendungen valide bleiben beziehungsweise welche Anpassungen für eine Erfolgreiche Umsetzung LLM-basierter Anwendungen nötig sind.

Ziel der Arbeit

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Systematic Literature Review (SLR) durchgeführt werden, um zu untersuchen, wie sich die Phasen des CRISP-DM-Modells für LLM-Projekte im industriellen Service-Kontext bereits verändert haben beziehungsweise verändern müssen.

Mögliche Schwerpunkte

Die Ausschreibung ist so konzipiert, dass verschiedene Studierende jeweils einzelne Phasen des CRISP-DM tiefgreifend analysieren können. Die Phasen des CRISP-DM:

  1. Business Understanding
  2. Data Understanding
  3. Data preparation
  4. Modeling
  5. Evaluation
  6. Deployment

Je nach Schwerpunkt der Arbeit werden initial zu unteruschende Forschungs- beziehungsweise Leitfragen definiert.

Aufgabeninhalte

  • Durchführung einer strukturierten Literaturrecherche (z. B. via Scopus, Web of Science, IEEE Xplore).
  • Identifikation von Anpassungsbedarfen des CRISP-DM-Modells für generative Wissensverarbeitung.
  • Synthese der Ergebnisse: Welche Frameworks (z. B. FMDev, LLMOps) schlägt die Forschung als Nachfolger oder Ergänzung vor?
  • Bezugnahme auf die spezifischen Herausforderungen im Maschinenbau beziehungsweise technischen Kundendienst (technische Komplexität, Sicherheit, Prompt Injection).

Vorkenntnisse

  • Technischer Studiengang
  • Idealerweise Vorkenntnisse bei der Durchführung von Literaturrechcherchen
  • Interesse an Generativer KI, Knowledge Management und Prozessmodellen, idealerweise mit Vorkenntnis der technischen Hinterründe
  • Strukturierte Arbeitsweise
  • Gute Englisch-Kenntnisse für das Verständnis der Fachliteratur

Weitere Informationen auf Anfrage. Bewerbungen bitte per E-Mail mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf

Siemens AG [Extern BA/MA]: KI-basierte Optimierung der Tiefenbilderfassung für Bin-Picking-Systeme in der diskreten Fertigung

Ausgangssituation:

In der diskreten Fertigung ist die Teileandienung für automatisierte Prozesse oft sehr starr und erfordert spezielle Zuführsysteme oder manuelles Vorsortieren. Dies beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit und Flexibilität der Produktionssysteme erheblich. Bin-Picking-Systeme, die zufällig geschüttete Bauteile durch Roboter handhaben, versprechen hier Abhilfe und sind in der Praxis bereits für viele Standardanwendungen etabliert.

Diese Systeme basieren klassischerweise auf 3D-Kamera-Eingangsdaten, deren Qualität und damit Kosten oft proportional zur Komplexität der zu greifenden Teile sind. Insbesondere bei kleinen, reflektierenden oder texturarmen Bauteilen, wie sie in der Elektronikfertigung häufig auftreten, stossen konventionelle Tiefenbildsensoren an ihre Grenzen. Neuere KI-basierte Ansätze, etwa Foundation-Stereo- und Foundation-Pose-Modelle auf Basis von NVIDIA-Technologien, versprechen eine deutliche Verbesserung der Tiefenbildqualität ohne den Einsatz hochpreisiger Spezialkameras.

Zielsetzung:

Ziel dieser Arbeit ist die Evaluierung und Verbesserung der Tiefenbilderfassung für Bin-Picking-Systeme durch den Einsatz innovativer KI-basierter Technologien. Es sollen KI-gestützte Stereovision zur Optimierung der Tiefeneingangsdaten sowie die Nutzung von 2D-Bildern aus mehreren Blickwinkeln (Multi-View-Perzeption) implementiert und untersucht werden. Die verschiedenen Ansätze sind miteinander sowie mit bestehenden Systemen zu vergleichen, um deren Potenzial für den Einsatz in der Elektronikfertigung zu ermitteln und Grenzen und Erweiterungsmöglichkeiten aufzuzeigen.

Aufgabenschwerpunkte & Arbeitspakete:
  • Einarbeitung in den Stand der Technik zu KI-basierter Stereovision, Multi-View-Perzeption und Posesschätzung sowie zu bestehenden Bin-Picking-Systemen in der diskreten Fertigung
  • Strukturierte Literaturrecherche zu KI-basierten Stereovision Verfahrenen sowie zu deren Einsatzpotenzial in industriellen Bildverarbeitungspipelines
  • Konzeption und Durchführung eines umfangreichen Versuchsplans aus repräsentativen Testszenarien auf Basis einer marktverfügbaren Stereokamera
  • Untersuchung von KI-basierten Stereovisionstechnologien zur Verbesserung der Tiefeneingangsdaten für klassische Bin-Picking-Pipelines
  • Untersuchung von Multi-View-Detektoren zur weiteren Verbesserung der Datenqualität und Robustheit der Posesschätzung
  • Vergleich der Ansätze untereinander sowie mit bestehenden Systemen anhand aussagekräftiger Anwendungsfälle aus der Elektronikfertigung
  • Strukturierte Dokumentation der Arbeit und Präsentation der Ergebnisse

Vorkenntnisse:

  • Interesse an industrieller Robotik und künstlicher Intelligenz
  • Grundlegende Programmierkenntnisse in Python von Vorteil, aber nicht erforderlich
  • Sehr gute Deutsch- und Englisch-Kenntnisse

Der Arbeitsumfang kann entsprechend der Art der Abschlussarbeit angepasst werden.

Bewerbungen ausschließlich per E-Mail mit aussagekräftigen Unterlagen (Lebenslauf, vollständige Notenübersicht)

Siemens AG [Extern BA/MA]: Machbarkeitsstudie für den Einsatz von Vision Language Action (VLA) Modellen in Produktion und Logistik

Ausgangssituation:

Komplexe Manipulationsaufgaben in der industriellen Produktion zählen zu den anspruchsvollsten manuellen Tätigkeiten im Fertigungsumfeld. Die hohe Variabilität von Objekten, Gebinden und Prozessrandbedingungen macht eine vollständige Automatisierung mit klassischen regelbasierten Systemen bislang unwirtschaftlich oder technisch nicht realisierbar. Vision Language Action (VLA)-Modelle versprechen hier einen neuen Ansatz, indem sie visuelle Wahrnehmung mit generalisierter Greif- und Manipulationsfähigkeit verknüpfen.

Gleichzeitig existieren für Teilprozesse wie taktiles Fügen oder das Bin Picking bereits robuste und praxiserprobte Speziallösungen. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, in welchen Teilbereichen der industriellen Produktion durch VLA-basierte Systeme eine Steigerung des Automatisierungsgrades oder eine Reduzierung des Integrationsaufwands erreicht werden kann, beziehungsweise wie diese Automatisierungskomponenten zielführend kombiniert werden können.

Zielsetzung:

Ziel dieser Arbeit ist die Durchführung einer strukturierten Machbarkeitsstudie für den Einsatz von VLA-Modellen in Produktion und Logistik. Im Rahmen der Arbeit sollen VLA-basierte Ansätze analysiert, prototypisch implementiert und hinsichtlich ihrer Robustheit, Grenzen und Kombinierbarkeit mit klassischen Automatisierungsansätzen bewertet werden. Ziel ist die Ableitung klarer Handlungsempfehlungen, ab welchem Komplexitätsgrad und unter welchen Randbedingungen der Einsatz von VLA-Systemen gegenüber etablierten Lösungen wirtschaftlich und technisch sinnvoll ist.

Aufgabenschwerpunkte & Arbeitspakete:
  • Einarbeitung in den Stand der Technik zu VLA-Modellen, klassischen Bin-Picking-Systemen und robotischer Manipulation in Produktion und Logistik
  • Strukturierte Literaturrecherche und Marktanalyse zu bestehenden Automatisierungsansätzen in Produktion und Logistik sowie zu einschlägigen Bewertungsmethoden und Benchmarks
  • Analyse und Klassifikation typischer Manipulationsszenarien in Produktion und Logistik nach Komplexität, Variabilität und Automatisierbarkeit
  • Prototypische Implementierung und Erprobung ausgewählter VLA-basierter Ansätze sowie geeigneter Referenzsysteme für definierte Testszenarien
  • Systematische Bewertung der Robustheit, Fehleranfälligkeit und Grenzen der untersuchten Systeme anhand definierter Kriterien
  • Untersuchung hybrider Systemarchitekturen, bei denen VLA-Modelle und klassische Speziallösungen aufgabenabhängig kombiniert werden
  • Ableitung von Empfehlungen zum effizienten Einsatzbereich von VLA-Systemen sowie zur sinnvollen Abgrenzung gegenüber herkömmlichen Automatisierungsansätzen
  • Strukturierte Dokumentation der Arbeit und Präsentation der Ergebnisse

Vorkenntnisse:

  • Interesse an industrieller Robotik und künstlicher Intelligenz
  • Grundlegende Programmierkenntnisse in Python von Vorteil, aber nicht erforderlich
  • Sehr gute Deutsch- und Englisch-Kenntnisse

Der Arbeitsumfang kann entsprechend der Art der Abschlussarbeit angepasst werden.

Bewerbungen ausschließlich per E-Mail mit aussagekräftigen Unterlagen (Lebenslauf, vollständige Notenübersicht)