Theoretical difficulty: high Practical difficulty: mid
Topic
The the steel production, the steel quality heavily depends on the dynamic processes of the meniscus level fluctuations in the mold. These complex dynamic processes can be observed using IR cameras observing the surface level and the casting powder temperature.
The goal of this thesis is to develop and compare deep learning approaches (CNNs, transformers) for predicting fluid dynamics in lab prototype environment.
Tasks
Literature research of state of the art, see references
Lab prototype environment for generating complex (structured and chaotic) fluid dynamics
Dataset recording, visualization and annotation
Deep Learning algorithm implementation (CNNs & Transformers)
Evaluation on different datasets (predictable dynamics, complex dynamics, synchronous and async. surface level dynamics, chaotic dynamics).
LEGO Ev3 Robotersysteme werden am Lehrstuhl in der Lehre eingesetzt, um einen einfachen Einstieg in die Robotik zu ermöglichen. Zahlreiche Algorithmen können erprobt werden:
Pfadplanung und Navigation
Kalman Filter
Kartierung / SLAM
Objektmanipulation
Kamerabasierte Objekterkennung
Regelungsalgorithmen
Telemetrieaufgaben
usw.
Unsere EV3 Systeme sind mit einem Linux Betriebsystem (https://www.ev3dev.org) ausgestattet und können in der Programmiersprache Micro-Python bespielt werden.
Ziel dieser Arbeit ist es eine Entwicklungsumgebung für die klassische Python Programmiersprache zu schaffen. Dabei sollen Beispielprojekte umgesetzt und Limitierungen dokumentiert werden.
Aufgaben
Recherche und Dokumentation zur State-of-the-Art
Beispielprojekte Implementieren
Git Repository mit Dokumentation erstellen.
Dokumentation der Arbeitsschritte & Verfassen der Diplomarbeit
Wissenschaftlicher Beitrag
Entwicklung und Implementierung einer Entwicklungsumgebung in Python für die Lehre.
Bei Ottronic bildet die Verkapselung unserer Elektroniken und Motoren mittels eines eigens adaptierten Reactive Injection Molding (RIM) Verfahren die Grundlage für die Produktion von medienresistenten Elektroniken und elektrischen Hochleistungsantrieben. Im Zuge des RIM werden sogenannte b-staged Duroplaste unter einem präzisen Druck- und Temperaturprofil verarbeitet, geformt und final ausgehärtet. Um die angestrebte höchste Produktqualität, mit Blick auf Medizintechnik-Applikationen, zu gewährleisten, muss dieser Prozess mit jedem Schuss optimal eingestellt sein. Daher soll ein Cyber Physical System (CPS) entwickelt werden, welches auf unsere RIM-Anlagen nachgerüstet wird.
Ziel der Diplomarbeit ist, dass das finale CPS selbstständig Prozessschwankungen (Chargenschwankungen, Hallen-/Maschinentemperatur, Feuchte, etc.) erkennen kann und Regelparameter des Spritzgussvorgangs (Schmelzzeit, Aushärtezeit, Einpresskraft, etc.) anpassen um eine gleichbleibende Produktqualität ohne menschliche Kontrolle zu garantieren.
Dabei soll in einem ersten Schritt der aktuelle Prozess beschrieben werden. Daraus sollen die notwendigen Produktionsparameter abgeleitet und deren Auswirkungen auf den Prozess analysiert sowie die Kernpunkte zur Prozessoptimierung definiert werden, sowie ein Modell dafür entwickelt werden. Das zu entwickelnde Modell dient dann in weitere Folge als Basis für das CPS um den Prozess zu bewerten zu können, Abweichungen zu detektieren und Regelparameter abzuändern.
In weiterer Folge soll das Modell auf der Maschinensteuerung CPS integriert und implementiert werden. Abschließend muss noch die Verknüpfung der neu gewonnen Intelligenz des CPS mit der aktuellen Regelung der Maschine verknüpft werden um eine nahezu autonome Prozessführung zu garantieren, sowie eine neue ressourcen- als auch energieeffizientere Spritzpressmethode garantieren.
Aufgaben
Recherche und Dokumentation zur State-of-the-Art
Erfassung aller notwendigen Produktionsparameter sowie Analyse derer auf Produktqualität
Entwicklung eines Modelles zur virtuellen Beschreibung des Spitzgussprozesses Implementierung des Modells auf Maschinensteuerung als Basis für ein CPS
Identifizierungen von Abweichungen im Prozess sowie Implementierung von Gegenmaßnahmen
Verknüpfung der Prozessregelung mit Steuerungsempfehlungen des CPS.
Dokumentation der Arbeitsschritte & Verfassen der Diplomarbeit
Wissenschaftlicher Beitrag
Entwicklung und Implementierung eines CPS, welches einen RIM Prozesses erfassen und abbilden kann.
Aufbau von Methoden um auf Basis des CPS Änderungen des RIM-Prozesses erkennen und bewerten zu können
Retrofitting der gewonnen Intelligenz in eine bestehende Maschinensteuerung
Chair of Cyber-Physical-Systems Metallurgiegebäude 1.Stock Montanuniversität Leoben Franz-Josef-Straße 18, 8700 Leoben, Austria
Impressions of the last open lab day in 2024.
English: Immerse yourself in the fascinating world of artificial intelligence and robotics. We present self-learning robots, mobile robot guides and how deep neural networks are learned. Children can experiment with our Lego EV3 robots and try to deliver snacks autonomously. Catering will be provided.
Deutsch: Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der künstlichen Intelligenz und Robotik. Wir präsentieren selbstlernende Roboter, mobile Roboterguides und wie tiefe neuronale Netze gelernt werden. Kinder können mit unseren Lego EV3 Robotern experimentieren und versuchen Snacks autonom auszuliefern. Für Verpflegung ist gesorgt.
The pictures above are from October 2023 and will be updated after the event.
Ozan Özdenizci is a research group leader at the Chair of Cyber-Physical-Systems at the Montanuniversität Leoben in Austria, since April 2024. Prior to joining CPS, he was a postdoctoral researcher at the Institute of Theoretical Computer Science at Graz University of Technology. He received his PhD in electrical engineering from Northeastern University (Boston, MA, USA) in 2020, and his BSc and MSc degrees from Sabancı University (Istanbul, Turkey). His research is focused in the domain of robust, secure and efficient deep learning algorithms for reliable artificial intelligence systems, and statistical signal processing with biomedical applications.
Machine learning, security and privacy in deep learning, adversarial machine learning, resource-efficient learning algorithms, brain-inspired neural computation, generative artificial intelligence, statistical signal processing, biomedical and neural data analysis, neuroinformatics.
Contact
Dr. Ozan Özdenizci Research Group Leader at the Chair of Cyber-Physical-Systems Montanuniversität Leoben Franz-Josef-Straße 18, 8700 Leoben, Austria
You have no prior experience with deep learning or robots but would like to work with them?
If so, this hands-on project will enable you to build and control your state-of-the-art robotic devices, such as compliant robot arms, five-fingered robot hands, mobile robots, legged robots, or tactile and visual sensors.
You will use Python for programming. Prior experience is beneficial but not mandatory.
At the end of the practical project, we discuss your achievements and what you have learnt.
You can work on your own or build a team of up to three people at most. We provide a student lab with high-performance pcs with RTX 4090 graphics cards and student rooms.
As the interaction with robots becomes an integral part of our daily lives, there is an escalating need for more human-like communication methods with these machines. This surge in robotic integration demands innovative approaches to ensure seamless and intuitive communication. Incorporating sign language, a powerful and unique form of communication predominantly used by the deaf and hard-of-hearing community, can be a pivotal step in this direction.
By doing so, we not only provide an inclusive and accessible mode of interaction but also establish a non-verbal and non-intrusive way for everyone to engage with robots. This evolution in human-robot interaction will undoubtedly pave the way for more holistic and natural engagements in the future.
The implementation of sign language in human-robot interaction will not only improve the user experience but will also advance the field of robotics and artificial intelligence.
This project will encompass 4 crucial elements.
Human Gesture Recognition with CNNs and/or Transformers – Recognizing human gestures in sign language through the development of deep learning methods utilizing a camera.
Letter-level
Word/Gloss-level
Chat Agent with Large Language Models (LLMs) – Developing a gloss chat agent.
Finger Spelling/Gloss gesture with Robot Hand/Arm-Hand –
Human Gesture Imitation
Behavior Cloning
Offline Reinforcement Learning
Software Engineering – Create a seamless human-robot interaction framework using sign language.
Develop a ROS-2 framework
Develop a robot digital twin on simulation
Human-Robot Interaction Evaluation – Evaluate and adopt the more human-like methods for more human-like interaction with a robotic signer.
Aushubmaterialien machen mit rund 42 Mio. t/a fast 60 % des österreichischen Abfallaufkommens aus, von denen 73 % deponiert und nur 8 % in Behandlungsanlagen eingebracht (BMK, 2021) und deren Outputströme größtenteils einer geringwertigen Verwendung, z.B. Untergrundverfüllung, zugeführt werden. Gleichzeitig werden in Österreich 55 Mio. t/a grundeigene mineralischer Rohstoffe abgebaut (Statista, 2022). Ursache für diese Diskrepanz sind die Herausforderungen bei der Materialdisposition, aber auch die günstige (ALSAG-freie) Deponierung von nicht kontaminierten Aushubmaterialien. Somit stellt die Verwendung von Aushubmaterialien einen ungenutzten Beitrag zur Kreislaufwirtschaft dar, welcher sich vor allem in der Schonung heimischer Ressourcen und in der Minimierung des CO2 Ausstoß von Tiefbauprojekten bemerkbar macht (Galler, 2015).
Projektziele
Erörterung von nachhaltigen Verwertungswegen aufgrund der geotechnischen, mineralogischen, petrographischen, geochemischen und hydrogeologischen Ergebnisse aus der geologischen Vorerkundung von geplanten und im Projekt bearbeiteten Tief- und Tunnelbaustellen
Sensorbasierte Stoffstromcharakterisierung mittels online-Analyse von Wert- bzw Störstoffen durch LIBS und HyperSpecs sowie mineralogische Zusammensetzung durch Raman Spektroskopie am Förderband unter realen Bedingungen in der Tunnelforschungsanlage „Zentrum am Berg“ der MUL
Entwicklung eines Qualitätssicherungssystems durch Erstellung eines Klassifikationsmodells, welches das Material durch KI-gestützten Abgleich der Ergebnisse der online Analyse mit gesetzlichen Anforderungen verschiedenen Recyclingpfaden bzw. Deponieklassen zuführt
Baustofftechnische Überprüfung der aus dem Aushubmaterial hergestellten Produkte
Projekt Consortium
Montanuniversität Leoben
Lehrstuhl für Subsurface Engineering (Koordinator)
Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft
Lehrstuhl für Cyber-Physical-Systems
AGIR Austria GmbH
AiDEXA GmbH
LSA Laser Analytical Systems & Automations GmbH
Austin Powder GmbH
Master Builder Solutions
Edaphos Engineering
Daxner & Merl
Universität Innsbruck, Materialtechnologie Innsbruck (MTI)
In the NNATT project model research and experimental work is conducted to identify tunnel- and excavated material with sensor based classification and deep learning. Representative tunnel- and excavation material from Austria is sampled, mineralogically, chemically and geotechnically characterized, sensor based measured in preliminary tests and finally applied in a conceptual pilot plant for material classification at the Zentrum am Berg in Eisenerz. Additionally, the project focuses on opportunities for application in alternative building materials, resulting in saving of primary raw materials and the associated reduction of CO2 emissions.
In 2021, excavated materials, such as tunnel excavation, accounted for around 46.1 million tons, or 60% of Austria’s total waste. Our project proposes an innovative solution for the recycling of excavated materials from tunneling and construction projects by using spectral imaging technology data in deep neural networks to predict rocks and their recycling potentials. By implementing real-time material identification on a conveyor belt based on deep neural networks, we aim to feed the excavated material into a recycling chain. This cutting-edge technology enables us to identify the resources potential of the material, facilitating efficient processing and sorting both on-site and off-site.
The objectives of our project are fourfold: to conserve valuable resources in Austria by maximizing material reuse, to reduce the burden on landfills by minimizing waste disposal, to shorten transportation routes and decrease CO2 emissions associated with material transport, and to promote sustainable practices within the construction industry.
Through the integration of advanced technology and a commitment to sustainability, our project represents a significant step towards creating a future in which excavated material is considered a valuable resource that contributes to a circular economy.
This project aims at employing advanced data analyses and methodology in order to investigate process data from different processes in the steelmaking chain, generating process understanding and knowledge on correlations and causations in operation, as well as develop recommendation or warning systems for the operator in order to adjust and improve operation. Topics range from questions on operation and stability of the blast furnace (BF), to the production of ultra-clean steels with Ruhrstahl-Heraeus (RH) treatment and the optimization of the continuous casting (CC) process.
Work Packages
WP1-4: Temperature irregularities in BF bottom/ hearth, mass balance of zinc and alkali elements, investigations of BF charging models/ charging profile, raceway monitoring analyses
WP5: Image analysis and state classification at the RH plant
WP6: Hybrid Mold – Data evaluations around the CC process
Expected Results
(WP1-4) Blast furnace: Prediction of temperature irregularities, mass balances in BF operation, charging models and development of optimized charging strategies, analyses of raceway blockages and possible correlations with process parameters and image material, predictive maintenance for tuyeres
(WP5) RH plant: Comprehensive benchmark case for machine learning algorithms, setup of an advisory algorithm for the operator to be warned of irregular states of the RH plant
(WP6) Continuous Casting: Modelling of heat transfers in the mold based on a hybrid approach, combining data from sensors in the CC mold with physical/ metallurgical-based process models
Project Consortium
Joanneum Research GmbH – Institute DIGITAL
Johannes Kepler University Linz – Department of Particulate Flow
Linz Center of Mechatronics – Area SENS
Montanuniversität Leoben
Chair of Cyberphysical Systems
Chair of Ferrous Metallurgy
Primetals Technologies Austria GmbH
voestalpine Stahl GmbH
voestalpine Stahl Donawitz GmbH
Links
Details on the research project can be found on the project webpage.