Hier finden Sie eine Auflistung der vom Institut betreuten Diplomarbeiten der vergangenen Jahre. Einige dieser Arbeiten wurden im Auftrag des Instituts durchgeführt.

Am Institut für Automations- und Produktionstechnik der Interstaatlichen Hochschule für Technik Buchs wurde in den letzten Jahren die CAD-Software ClassCAD entwickelt. Die Schwerpunkte von ClassCAD liegen in der Objektmodellierung und Parametrisierungvon CAD-Modellen. Verschiedene Erweiterungen wurden in letzter Zeit vollzogen, die es ermöglichen ClassCAD interaktiver zu benutzen.

Bislang war das GUI (Graphical User Interface) aber nur sehr Bescheiden entwickelt worden. Die GUI war mehr für Entwickler von ClassCAD als für Anwender gedacht. Ebenfalls war das Erweitern der GUI durch Dialoge bisher nur mühsam möglich. Die bestehende Methode entsprach Erstens nicht mehr dem Stand der Technik und wurde Zweitens von gerade Mal einer Person richtig gut beherrscht. Diese bestehende Art Dialoge zu erstellen, liess ausserdem nur sehr eingeschränkte grafische Freiheiten zu.

Dies veranlasste das Institut, in Zusammenarbeit mit der AWV-Informatik, im Rahmen dieser Masterarbeit ein GUI-Framework zu entwickeln, das es ermöglicht die Benutzeroberfläche ansprechbar und an den jeweiligen Benutzer angepasst gestalten zu können.

Als Grundlage für das GUI-Framework dient die WPF (Windows Presentation Foundation). Zu Beginn der Arbeit galt es zu evaluieren, was mit WPF alles möglich ist. Aus diesem Grund war zuerst eine Einarbeitung in die WPF notwendig. Diese Einarbeitung zog sich schliesslich über die ganze Arbeit hinweg, da immer wieder neue Mechanismen der WPF entdeckt wurden.

Die Hauptaufgabe der Arbeit bestand im Entwickeln eines View-Modells und den darauf aufbauenden WPF-Komponenten, die dann als Controls auf der Benutzeroberfläche platziert werden können. Während der Implementierung traten jedoch immer wieder Probleme bei der Integration des GUI-Frameworks in ClassCAD auf, welche es ebenfalls zu bearbeiten galt. Vor allem die Grenzen zwischen den verschiedenen Programmiersprachen, die für dieses Projekt verwendet wurden, warfen einige Probleme auf.

Das Ergebnis der Arbeit ist ein Framework, welches es ermöglicht in einem WPF-GUI Editor eine Benutzeroberfläche zu konfigurieren. Dieses Framework enthält zum Einen ein Modell der benötigten Daten für die Visualisierung, zum Anderen sind Controls implementiert worden, die auf die Daten dieses View-Modells zugreifen. Im Weiteren enthält das GUI-Framework ein Dialog-Interface, welches das bestehende auf MFC basierende Dialog-Interface ersetzt. Eine Prototyp-Anwendung rundet das Resultat dieser Arbeit ab.

Trotzdem ist die Entwicklung des ClassCAD-GUI-Frameworks noch nicht abgeschlossen. Das Resultat dieser Masterarbeit kann und soll als solide Grundlage für zukünftige Weiterentwicklungen dienen.

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Zur Visualisierung nutzt der Sketcher, wie auch die ClassCAD-Applikation selbst, die VTKBibliothek (The Visualization Toolkit). Zu Beginn der Arbeit lag der Umfang der Sketcher Funktionalität im Zentrum. Während der Implementierung wanderte der Fokus jedoch immer mehr zur Integration des Sketchers in ClassCAD und der Verwendung bestehender und ausbaufähiger Mechanismen. Fragen über die Objekt-Verwaltung, Visualisierung und Selektion wurden diskutiert und ClassCAD-nahe Lösungen gefunden und implementiert.

Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Sketcher-Prototyp, welcher die zentralen Anforderungen erfüllt und die wichtigsten Mechnanismen implementiert. Der Funktionsumfang entspricht noch nicht dem des bestehenden, externen Sketchers. Es wird Bestandteil weiterführender Arbeiten sein, die solide Basis des Sketcher-Prototyps zu nutzen, um die noch fehlende Funktionalität zu implementieren und den bestehenden Sketcher vollumfänglich zu ersetzen.

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Im Rahmen des Forschungsprojektes Sembrowser, welches mit der Partnerfirma Semfinder AG durchgeführt wird, ist im Institut Automation und Produktionstechnik des NTB Buchs ein Sembrowser Prototyp entwickelt worden. Dieser Prototyp verfügt über einen Editor, mit dem ein Semantisches Netz erstellt und über dieses gebrowst werden kann. Eine Aufgabe dieser Diplomarbeit ist die Modellierung eines Semantischen Netz-Prototyps mit diesem Editor. Das zweite Ziel ist die automatisierte Erstellung von Semantischen Netzen aus Webseiten.

Ziel:

Ziel der Diplomarbeit war die Erstellung einer Wissensbasis zur Domäne Software Engineering und die Entwicklung und Implementierung einer Applikation zur Automatisierten Erstellung von Semantischen Netzen. Das Automatisierte Erstellen von Semantischen Netzen soll Information von vielen Webseiten in einen Zusammenhang bringen. Wünschenswert ist, mehr Information zu generieren, als über das Browsen auf Wikipedia Webseiten konsumiert werden kann.

Am Institut für Automation und Produktion des NTB ist in den letzten 12 Jahren mit ClassCAD ein Werkzeug entwickelt worden, welches die Parametrisierung und Kon-struktion in verschiedenen CAD-Systemen unterstützt. Die grosse Stärke von ClassCAD liegt darin, dass in einer einfachen Skriptsprache Klassen im objektorientierten Sinn definiert werden können. In den letzten Jahren entstand das Bedürfnis, den internen, sehr flexiblen, aber schwer verständlichen ClassCAD Compiler, durch einen einfacheren Compiler zu ersetzten. Gleichzeitig soll der ClassCAD Interpreter durch eine, auf ClassCAD angepasste, virtuelle Maschine ersetzt werden.

Ziel:

Ziel der Diplomarbeit war die Entwicklung und Implementierung eines neuen Compilers und einer virtuellen Maschine für ClassCAD.

Ergebnisse:

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden der Compiler und die virtuelle Maschine soweit implementiert, dass ein Grossteil des ClassCAD Sprachumfangs übersetzt und ausgeführt werden kann. Die neuen Komponenten wurden im System soweit integriert, dass diese innerhalb von ClassCAD aufgerufen und ausgeführt werden können. Auf den alten Compiler und den Interpreter kann im Moment aber noch nicht ganz verzichtet werden, da die neuen Komponenten noch nicht den gesamten Sprachumfang unterstützten. Der neue Compiler ist durch den Einsatz des Compilergenerators Coco/R nicht nur sehr viel einfacher und übersichtlicher geworden, sondern auch sehr flexibel und erweiterbar. Zudem konnte mit Coco/R die Entwicklungszeit des Compilers erheblich verkürzt werden. Ohne ein solches Werkzeug wäre es kaum möglich gewesen, den jetzigen Stand der Arbeit zu erreichen. Durch die neu eingeführte Typisierung von Variablen können jetzt Typfehler schon zur Kompilierzeit erkannt werden, die sonst später zu Laufzeitfehlen führen würden. Allerdings ist eine vollständige Typprüfung zur Kompilierzeit nicht möglich weil in ClassCAD bestimmte Typinformationen erst zur Laufzeit verfügbar sind. Lexikalische, syntaktische und semantische Fehler werden dem Benutzer zur Kompilationszeit angezeigt. Die virtuelle Maschine ist im Gegensatz zum Interpreter ebenfalls erheblich einfacher und übersichtlicher geworden. Performancetests haben gezeigt, dass diese tendenziell schneller arbeitet als der Interpreter. Mit dem neuen Compiler und der virtuellen Maschine ist die Grundlage für die Entwicklung eines Debuggers gelegt.

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Längst hat der Einsatz von Numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschinen Einzug in die Industrie gehalten. Die Automation von der im CAD erstellten Produktgeometrie bis zum fertig bearbeiteten Produkt hat zusätzlich eine enorme Quantitäts- und Qualitätssteigerung mit sich gebracht. Bearbeitungen mit fünf simultan gesteuerten Achsen und die Möglichkeiten, NC-Programme dafür zu generieren, haben bereits heute zu einer Senkung der Bearbeitungszeit von bis zu 85% erbracht. Eine entscheidende Voraussetzung ist die rechtzeitige Bereitstellung fehlerfreier NCProgramme. Da eine absolute Fehlerfreiheit in der NC-Programmerstellung insbesondere für die fünfachsige Bearbeitung nicht gewährleistet werden kann, besteht der Bedarf für eine Überprüfung der erzeugten Programme im Vorfeld. Die Simulation bietet sich hierfür als wichtiges Hilfsmittel zur Verifikation von NC-Programmen an. Die zentrale Idee der NC-Simulation ist die Berechnung des Bewegungsvolumens, welches das Werkzeug während der Bewegung entlang des programmierten Verfahrweges aufbaut. Danach wird dieses Volumen durch reguläre Boolesche Subtraktion vom 3D-Model des Bearbeitungsteils abgezogen.

Für die 3D-Simulation von drei- und fünfachsigen CNC-Maschinen bestehen heute verschiedene Lösungen auf dem Markt, deren Technik jeweils noch ungelöste Probleme in sich tragen. Die NC-Simulation bei den aktuellen Systemen basiert auf Konturlinien oder Dreiecksnetzen und nicht auf einem geometrischen Volumenmodell. Aufgrund der internen Repräsentation kann dadurch nur eine 2.5D-Darstellung realisiert werden, so dass ein Wechsel des Betrachtungsstandort eine zeitlich intensive Neuberechnung der Visualisierungsdaten erfordert. Ein weiteres Problem liegt bei der ungenügenden Genauigkeit der erzeugten Modellen, vor allem bei komplexen Bearbeitungen wie bei fünfachsigen NC-Schleifmaschinen.

Das am MIT St.Gallen entwickelte objektorientierte CAD-System ClassCAD soll nun um einen 3D-Simulationskern erweitert werden, der wegen oben genannten Probleme auf einem geometrischen Volumenmodell basiert.

Am Institut für Automation und Produktion des NTB ist in den letzten 12 Jahren mit ClassCAD ein Werkzeug entwickelt worden, welches die Parametrisierung und Konstruktion in verschiedenen CAD-Systemen unterstützt. Die grosse Stärke von ClassCAD liegt darin, dass in einer einfachen Skriptsprache Klassen im objektorientierten Sinn definiert werden können.

Als Ziel dieser Diplomarbeit soll ein lauffähiger Prototyp entwickelt werden, der eine Lösung der Kernprobleme aufzeigt, ohne bereits in ClassCAD eingebunden zu sein. Jedoch sollen bereits beim Prototyp die Schnittstellen für eine spätere Integration geeignet erstellt werden. Zur Erstellung der Geometriemodelle und der Booleschen Manipulationen soll der ebenfalls in ClassCAD angewendete Solid Modellierkern von Solid Modeling Solutions eingesetzt werden.

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Am Institut für Mechatronik und Informationstechnologie (MIT) der Hochschule fürTechnik, Wirtschaft und soziale Arbeit St. Gallen, wurde in den letzten Jahren dieClassCAD-Applikation entwickelt. Die Schwerpunkte von ClassCAD liegen bei der Objektmodellierung und Parametrisierung von CAD-Modellen. ClassCAD beinhaltet eine eigene proprietäre, objektorientierte Skriptsprache. Die Programmiersprache spielt eine zentrale Rolle bei der Anpassung des ClassCAD-Systems an die Bedürfnisse eines konkreten Anwendungsgebiets, insbesondere beim Aufbau von branchen- und problemspezifischen ClassCAD-Klassenbibliotheken. Für die Programmiersprache enthält ClassCAD eine dialogbasierte Entwicklungsumgebung, die jedoch im Vergleichzu den heute üblichen Entwicklungsumgebungen, betreffend Programmierkomfort, nicht mehr mithalten kann. Ziel dieser Arbeit war deshalb die Erstellung eines Prototyps einer neuen integrierten Entwicklungsumgebung für die ClassCAD Programmiersprache.

Damit das Rad nicht neu erfunden werden musste, wurde Eclipse als Grundplattformausgewählt. Die neue Entwicklungsumgebung für die ClassCAD Programmiersprache lässt sich als Plug-In in Eclipse integrieren. Eclipse, ein Open Source Projekt, ist eine Toolintegrationsplattform, mit dem Ziel eine Oberfläche für viele Anwendungen zur Verfügung zu stellen. Das Rückgrad der Eclipse-Plattform ist eine „universelle, sprachenunabhängige, integrierte Entwicklungsumgebung“, die als eine Basis für alle möglichen Tools dienen soll.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit konnte der Prototyp soweit fertiggestellt werden, dass er die meisten Möglichkeiten der bestehenden Entwicklungsumgebung abdeckt und dem ClassCAD-Entwickler in einigen Aspekten schon wesentlich mehr Komfort bieten kann. Die wichtigsten weiterführenden Arbeiten an der Entwicklungsumgebung sind die Überführung des Prototyps in ein Produkt und die Integration eines Debuggers.

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Längst hat der Einsatz von Numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschinen Einzug in die Industrie gehalten. Die Automation von der im CAD erstellten Produktgeometrie bis zum fertig bearbeiteten Produkt hat zusätzlich eine enorme Quantitäts- und Qualitätssteigerung mit sich gebracht. Bearbeitungen mit fünf simultan gesteuerten Achsen und die Möglichkeiten, NC-Programme dafür zu generieren, haben bereits heute zu einer Senkung der Bearbeitungszeit von bis zu 85% erbracht. Eine entscheidende Voraussetzung ist die rechtzeitige Bereitstellung fehlerfreier NCProgramme. Da eine absolute Fehlerfreiheit in der NC-Programmerstellung insbesondere für die fünfachsige Bearbeitung nicht gewährleistet werden kann, besteht der Bedarf für eine Überprüfung der erzeugten Programme im Vorfeld. Die Simulation bietet sich hierfür als wichtiges Hilfsmittel zur Verifikation von NC-Programmen an. Die zentrale Idee der NC-Simulation ist die Berechnung des Bewegungsvolumens, welches das Werkzeug während der Bewegung entlang des programmierten Verfahrweges aufbaut. Danach wird dieses Volumen durch reguläre Boolesche Subtraktion vom 3D-Model des Bearbeitungsteils abgezogen.

Ziel:

Ziel dieser Diplomarbeit war die Erweiterung der bestehenden Java-Schnittstelle, so dass die für die Definition der ClassCAD-Klassen verwendete Skriptsprache durch Java ersetzt werden kann.

Ergebnisse:

Der ClassCAD-Kern wurde so erweitert, dass Methoden von ClassCAD-Objekten grundsätzlich in beliebigen Sprachen definiert werden können. Für die Sprache Java wurden die konkreten Adapterklassen implementiert, so dass die Verwendung von Java für den ClassCAD-Kern nahezu transparent abläuft. In Java wurde ein API geschaffen, welches die Kommunikation zum ClassCAD-Kern kapselt. Eine zentrale Bedeutung nimmt dabei die Klasse JClassCADObject ein, welche vom Entwickler beim Implementieren von ClassCAD-Klassen einfach erweitert werden kann. In Java definierte ClassCAD-Klassen sind in der Lage mit bestehenden in ClassCAD-Skript definierten Klassen zu kommunizieren. Es ist ohne weiteres möglich, gemischte Baugruppen zusammenzustellen. Da sich je nach Anforderungen an eine Methode Java oder ClassCAD-Skript als Definitionssprache aufdrängt, werden auch gemischte Klassen unterstützt, bei denen ein Teil der Methoden in Java, der andere in ClassCAD-Skript implementiert werden kann. ClassCAD bietet dem Entwickler in ClassCAD-Skript Zugriff auf ein umfassendes API von Servicefunktionen. Um diese in C++ implementierten Funktionen auch in Java bereitzustellen, wurde ein Quellcode-Generator implementiert, mit welchem für die bestehenden Funktionen Javaproxies erzeugt werden können. Auf diese Weise kann mit wenig Aufwand ein Java-API generiert werden, welches sowohl den Zugriff auf die darunter liegenden Servicefunktionen als auch die Umwandlung von Java nach ClassCAD-Datentypen und umgekehrt kapselt. Schliesslich wurde in einer kleinen Demoapplikation die Anwendung von JClassCAD beispielhaft gezeigt.

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