[{"language":[{"iso":"eng"}],"user_id":"210","department":[{"_id":"151"}],"_id":"13461","status":"public","editor":[{"full_name":"Beer, Michael","last_name":"Beer","first_name":"Michael"},{"full_name":"Zio, Enrico","last_name":"Zio","first_name":"Enrico"}],"abstract":[{"text":"As the emerging digitalization of technical systems offers immense opportunities to be exploited by means of bigdata analysis, ubiquitous computing and largely networked systems, the digital twin comes into focus to combineall these aspects to an attendant model of an individual system during design phase as well as during operation.Since state-of-art technical systems are growing increasingly complex due to inherent intelligence and increasingfunctionality, i. e. autonomous behavior so far, it becomes considerably challenging to ensure reliability for thosesystems. Many methods were developed to support a reliability focused design or reliability-by-design approachesto tackle this challenge during design process. In field, data-based methods, i. e. condition monitoring enabled bythe rise of machine learning approaches, are exploited to ensure a reliable operation based on the current conditionof the monitored system. In order to take advantage of existing models of system reliability during design phaseand condition monitoring systems during operation, a method is proposed to combine both approaches in order toset up a digital twin with focus on system reliability. The base model of the digital twin is taken from the systemreliability model from the design phase and is used during operation and therein updated to the current reliabilitybased on the state estimation of the condition monitoring system. The approach is illustrated with a case study of arolling bearing test rig.","lang":"eng"}],"type":"conference","publication":"Proceedings of the 29th European Safety and Reliability Conference (ESREL2019)","main_file_link":[{"open_access":"1","url":"http://rpsonline.com.sg/proceedings/9789811127243/pdf/0876.pdf"}],"conference":{"name":"Proceedings of the European Safety and Reliability Conference (ESREL2019)","start_date":"2019.09.22","end_date":"2019.09.26","location":"Hannover"},"title":"Digital Twin for Reliability Analysis During Design and Operation of Mechatronic Systems","author":[{"first_name":"Thorben","id":"14802","full_name":"Kaul, Thorben","last_name":"Kaul"},{"first_name":"Amelie","id":"54290","full_name":"Bender, Amelie","last_name":"Bender"},{"first_name":"Walter","last_name":"Sextro","full_name":"Sextro, Walter","id":"21220"}],"date_created":"2019-09-30T09:16:16Z","oa":"1","date_updated":"2023-09-28T08:49:27Z","citation":{"apa":"Kaul, T., Bender, A., &#38; Sextro, W. (2019). Digital Twin for Reliability Analysis During Design and Operation of Mechatronic Systems. In M. Beer &#38; E. Zio (Eds.), <i>Proceedings of the 29th European Safety and Reliability Conference (ESREL2019)</i> (Issue 29, pp. 2340–2347).","short":"T. Kaul, A. Bender, W. Sextro, in: M. Beer, E. Zio (Eds.), Proceedings of the 29th European Safety and Reliability Conference (ESREL2019), 2019, pp. 2340–2347.","mla":"Kaul, Thorben, et al. “Digital Twin for Reliability Analysis During Design and Operation of Mechatronic Systems.” <i>Proceedings of the 29th European Safety and Reliability Conference (ESREL2019)</i>, edited by Michael Beer and Enrico Zio, no. 29, 2019, pp. 2340–47.","bibtex":"@inproceedings{Kaul_Bender_Sextro_2019, title={Digital Twin for Reliability Analysis During Design and Operation of Mechatronic Systems}, number={29}, booktitle={Proceedings of the 29th European Safety and Reliability Conference (ESREL2019)}, author={Kaul, Thorben and Bender, Amelie and Sextro, Walter}, editor={Beer, Michael and Zio, Enrico}, year={2019}, pages={2340–2347} }","ama":"Kaul T, Bender A, Sextro W. Digital Twin for Reliability Analysis During Design and Operation of Mechatronic Systems. In: Beer M, Zio E, eds. <i>Proceedings of the 29th European Safety and Reliability Conference (ESREL2019)</i>. ; 2019:2340-2347.","ieee":"T. Kaul, A. Bender, and W. 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Nowadays it is state of the art to calculate the lifetimes of these elements under mechanical stress prior to their service life. To establish more reliable and safer rubber-metal-elements, continuous monitoring by dif- ferent sensors can be used. Especially prognostics enable a rise in reliability, availability and safety. To estab- lish these advantages, estimating the remaining useful lifetime of rubber-metal-elements should be realized during its service life based on current information on its condition. Therefore a suitable measure to monitor the condition of the element is necessary. This work focuses on temperature signals. This approach allows in- cluding the ambient temperature and thereby involving changing operating conditions. For estimating the RUL of rubber-metal-elements a model-based prognostics approach based on particle filtering is proposed. Its performance is analyzed regarding relevant parameters to enable the best performance for the applied data.","lang":"eng"}],"status":"public","_id":"9987","department":[{"_id":"151"}],"user_id":"55222","language":[{"iso":"eng"}],"quality_controlled":"1","place":"Trondheim, Norway","year":"2018","page":"1025-1033","citation":{"ama":"Bender A, Sextro W. A particle filtering approach for temperature based prognostics. In: <i>Safety and Reliability – Safe Societies in a Changing World</i>. Trondheim, Norway; 2018:1025-1033.","chicago":"Bender, Amelie, and Walter Sextro. “A Particle Filtering Approach for Temperature Based Prognostics.” In <i>Safety and Reliability – Safe Societies in a Changing World</i>, 1025–33. Trondheim, Norway, 2018.","ieee":"A. Bender and W. Sextro, “A particle filtering approach for temperature based prognostics,” in <i>Safety and Reliability – Safe Societies in a Changing World</i>, 2018, pp. 1025–1033.","short":"A. Bender, W. 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Neben Diagnosen bietet Condition Monitoring auch die Möglichkeit Prognosen aufzustellen, dabei wird die restliche Nutzungsdauer des Produkts aufbauend auf geeigneten Sensordaten geschätzt. So kann eine intelligente Wartungsplanung umgesetzt werden, die im Gegensatz zu klassischen Ansätzen keine festen Wartungsintervalle benötigt und die Nachteile einer rein reaktiven Wartung kompensiert. Stattdessen ist es möglich ein Element bis vor das Ende seiner Lebensdauer zu nutzen und erst dann zu warten, um eine optimale Nutzung zu gewährleisten. Durch eine Bestimmung der verbleibenden Restlebensdauer während des Betriebs ist eine optimale Wartungsplanung möglich, wodurch die Verfügbarkeit und die Auslastung der überwachten Produkte signifikant gesteigert werden kann. In dieser Arbeit soll ein produktspezifisches Condition Monitoring System für Gummi-Metall-Elemente entwickelt werden. Diese Elemente werden zur Federung, Geräusch- und/oder Schwingungsisolation in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie bspw. in Nutz- und Schienenfahrzeugen oder Windenergieanlagen. In Industrie und Forschung werden bereits Zustandsüberwachungen von Systemen mit integrierten Gummi-Metall-Elementen eingesetzt, allerdings noch keine Condition Monitoring Systeme zur alleinigen Zustandsüberwachung dieser Elemente. Aktuell ist es üblich die Lebensdauer dieser Elemente aufbauend auf beschleunigten Lebensdauerversuchen und Erfahrungswerten abzuschätzen. Mit dem Ziel die Lebensdauer des fokussierten Produkts präziser vorherzusagen und damit eine intelligente Wartungsplanung zu ermöglichen, wird die Entwicklung eines Condition Monitoring Systems für Gummi-Metall-Elemente angestrebt und in dieser Arbeit erläutert.","lang":"eng"}],"status":"public","publication":"Verlagsschriftenreihe des Heinz Nixdorf Instituts Band 369, Paderborn, 2017","type":"conference","keyword":["Zustandsüberwachung","Condition Monitoring","Prognose","Gummi-Metall-Elemente","Restlebensdauerschätzung"],"language":[{"iso":"eng"}],"_id":"9969","department":[{"_id":"151"}],"user_id":"55222","year":"2017","place":"Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme (WInTeSys) 2017","page":"347-358","citation":{"ama":"Bender A, Kaul T, Sextro W. Entwicklung eines Condition Monitoring Systems für Gummi-Metall-Elemente. In: <i>Verlagsschriftenreihe Des Heinz Nixdorf Instituts Band 369, Paderborn, 2017</i>. Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme (WInTeSys) 2017; 2017:347-358.","chicago":"Bender, Amelie, Thorben Kaul, and Walter Sextro. “Entwicklung Eines Condition Monitoring Systems Für Gummi-Metall-Elemente.” In <i>Verlagsschriftenreihe Des Heinz Nixdorf Instituts Band 369, Paderborn, 2017</i>, 347–58. Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme (WInTeSys) 2017, 2017.","ieee":"A. Bender, T. Kaul, and W. Sextro, “Entwicklung eines Condition Monitoring Systems für Gummi-Metall-Elemente,” in <i>Verlagsschriftenreihe des Heinz Nixdorf Instituts Band 369, Paderborn, 2017</i>, 2017, pp. 347–358.","mla":"Bender, Amelie, et al. “Entwicklung Eines Condition Monitoring Systems Für Gummi-Metall-Elemente.” <i>Verlagsschriftenreihe Des Heinz Nixdorf Instituts Band 369, Paderborn, 2017</i>, 2017, pp. 347–58.","bibtex":"@inproceedings{Bender_Kaul_Sextro_2017, place={Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme (WInTeSys) 2017}, title={Entwicklung eines Condition Monitoring Systems für Gummi-Metall-Elemente}, booktitle={Verlagsschriftenreihe des Heinz Nixdorf Instituts Band 369, Paderborn, 2017}, author={Bender, Amelie and Kaul, Thorben and Sextro, Walter}, year={2017}, pages={347–358} }","short":"A. Bender, T. Kaul, W. 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Studien zu Versagensmodi von Schienenfahrzeugen haben gezeigt, dass Versagensursachen meistens in den Radprofilen oder im Fahrwerk liegen [1]. Wird das Fahrwerk heute mittels Condition Monitoring überwacht, werden hierfür häufig Sensoren an den Wagons angebracht, um bspw. deren Schwingungen zu kontrollieren [2, 3]. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf Gummi-Metall-Elementen (GM-Elementen) der Jörn GmbH.; als elastische Lager im Drehgestell sind diese Teil des Fahrwerks eines Schienenfahrzeugs. Mit dem Ziel die Wartungsplanung dieser Elemente zu optimieren, ist untersucht worden, ob diese Elemente einzeln mittels Condition Monitoring überwacht werden können. Die hierfür durchgeführten beschleunigten Lebensdauertests werden im nächsten Abschnitt erläutert. Anschließend werden die modellbasierten Methoden dargestellt, die aufbauend auf den im Versuch aufgezeichneten Daten eine Prognose der nutzbaren Restlebensdauer (RUL, remaining useful lifetime) der GM-Elemente aufstellen. Im letzten Abschnitt folgen eine kurze Zusammenfassung und ein Ausblick."}],"publication":"15. Internationale Schienenfahrzeugtagung","type":"conference","language":[{"iso":"eng"}],"department":[{"_id":"151"}],"user_id":"55222","_id":"9970","page":"123-125","citation":{"short":"A. Bender, J.K. Kimotho, S. Kohl, W. Sextro, K. Reinke, in: 15. Internationale Schienenfahrzeugtagung, 2017, pp. 123–125.","bibtex":"@inproceedings{Bender_Kimotho_Kohl_Sextro_Reinke_2017, title={Modellbasierte Prognose der nutzbaren Restlebensdauer von Gummi-Metall-Elementen}, booktitle={15. Internationale Schienenfahrzeugtagung}, author={Bender, Amelie and Kimotho, James Kuria and Kohl, Sergej and Sextro, Walter and Reinke, Kai}, year={2017}, pages={123–125} }","mla":"Bender, Amelie, et al. “Modellbasierte Prognose Der Nutzbaren Restlebensdauer von Gummi-Metall-Elementen.” <i>15. Internationale Schienenfahrzeugtagung</i>, 2017, pp. 123–25.","apa":"Bender, A., Kimotho, J. K., Kohl, S., Sextro, W., &#38; Reinke, K. (2017). Modellbasierte Prognose der nutzbaren Restlebensdauer von Gummi-Metall-Elementen. In <i>15. Internationale Schienenfahrzeugtagung</i> (pp. 123–125).","ama":"Bender A, Kimotho JK, Kohl S, Sextro W, Reinke K. Modellbasierte Prognose der nutzbaren Restlebensdauer von Gummi-Metall-Elementen. In: <i>15. Internationale Schienenfahrzeugtagung</i>. ; 2017:123-125.","chicago":"Bender, Amelie, James Kuria Kimotho, Sergej Kohl, Walter Sextro, and Kai Reinke. “Modellbasierte Prognose Der Nutzbaren Restlebensdauer von Gummi-Metall-Elementen.” In <i>15. Internationale Schienenfahrzeugtagung</i>, 123–25, 2017.","ieee":"A. Bender, J. K. Kimotho, S. Kohl, W. Sextro, and K. Reinke, “Modellbasierte Prognose der nutzbaren Restlebensdauer von Gummi-Metall-Elementen,” in <i>15. 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Dies führt zu erschwerten Wartungsbedingungen und damit zu höheren Kosten. Der Einsatz von Condition Monitoring hat sich in dieser Industrie etabliert, denn diese Technik ermöglicht eine Zustandsdiagnose des überwachten Systems und eine Prognose seiner nutzbaren Restlebensdauer (remaining useful life: RUL), jeweils basierend auf geeigneten Sensordaten. In dieser Arbeit wird ein Konzept für ein produktspezifisches Condition-Monitoring-System für Gummi-Metall-Elemente (GM-Elemente) vorgestellt, welches den Schwerpunkt auf die Prognose der RUL dieser Elemente setzt. In Windenergieanlagen werden zahlreiche GM-Elemente zur Geräusch- und Schwingungsisolation verwendet. Der Einsatz des hier vorgestellten produktspezifischen Condition-Monitoring-Systems kann somit einen erheblichen Beitrag zum verlässlichen Betrieb von Windenergieanlagen liefern, da die Überwachung einzelner Komponenten in die Zustandsüberwachung der gesamten Anlage integriert und dadurch der Betrieb der Anlage optimiert werden kann. In dieser Arbeit werden einige Herausforderungen diskutiert, die sich bei der Entwicklung eines Condition-Monitoring-Systems für GM-Elemente ergeben. So wird evaluiert, welche Größen sich zur Beschreibung der Alterung eines spezifischen Elements eignen und wie diese gemessen werden können. Temperaturen werden bereits in einigen technischen Systemen, wie auch in Windenergieanlagen, aufgezeichnet und ausgewertet, aber ihr Potential für die Bestimmung der RUL der überwachten Komponente ist noch nicht ausgeschöpft. Hier wird eine Lösungsmöglichkeit vorgestellt, die auf Temperatursensoren aufbaut. Als Grundlage für die Entwicklung des Condition-Monitoring-Systems wurden beschleunigte Lebensdauerversuche der GM-Elemente auf einem Versuchsstand zur Schwingungsanalyse durchgeführt. In diesen Lebensdauerversuchen wird die mechanische Alterung eines GM-Elements über einen kraftgeregelten Hydraulikzylinder erzielt. Dabei wird das Ende der Lebensdauerversuche in einem ersten Schritt über die Wegamplitude des Zylinders bestimmt. Während dieser Versuche wurden diverse Sensoren eingesetzt. Die aufgezeichneten Temperaturdaten zeigen, dass sich Temperaturmessungen eignen die Lebensdauer von GM-Elementen mittels Condition Monitoring Prognosemethoden zu schätzen.","lang":"eng"}],"status":"public","_id":"9971","user_id":"55222","department":[{"_id":"151"}],"language":[{"iso":"eng"}],"year":"2017","citation":{"ama":"Bender A, Sextro W, Reinke K. Neuartiges Konzept zur Lebensdauerprognose von Gummi-Metall-Elementen. 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