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Using 3D Game Engines to Build Digital Twins for Industrial Machine Simulation and Testing
Get PDFDeveloping control software for
industrial machines requires careful planning.
However, it is still crucial to test the software before
deploying it on a physical machine. To create
meaningful tests, a digital twin that can simulate the
behavior of the real machine is required. Yet, creating
such digital twins can be both costly and complex –
and often, they still fall short when it comes to offering
realism. In light of these challenges, AVM
Engineering AG approached us with the task of
evaluating whether modern game engines are
suitable for developing digital twins of their industrial
systems. Our objective was to design a workflow for
creating such digital twins and to demonstrate it using
parts of a package distribution machine.
Research into digital twins
and 3D simulation highlighted the potential game
engines provide with their advanced physical
simulation capabilities. To determine the most
suitable platform for implementing digital twins, we
analyzed and compared the leading game engines –
Unity and Unreal Engine 5. Based on performance,
visual fidelity, extensibility, and licensing terms, we
chose Unreal Engine 5. For reliable and standardized
data exchange with industrial equipment, we used
OPC UA, the de facto communication standard in
industrial automation.
To enable communication between Unreal Engine 5
and industrial controllers, we required a bridge
between the OPC UA server and the game engine.
For this, we integrated open62541, an open-source
OPC UA implementation in C, into the game engine.
To simplify the communication with the server we
created custom Blueprint functions, the visual
scripting language of Unreal Engine, for a simple
drag-and-drop experience when building a digital
twin. These building blocks enable read, write and
subscribe operations from the game engine to the
OPC UA server. In addition, we investigated the
process of converting existing CAD models into
assets suitable for use in Unreal Engine 5. This
allows for highly realistic representations of industrial
components within the digital twin.
The integration of modern game engine
technology with industrial automation tools enables
the creation of highly customized digital twins. In this
case, it allowed for a real-time simulation of the
control logic developed for the package distribution
machine, providing a safe and efficient environment
to test and validate the software under realistic
operating conditions—without the need for the
physical system.
To showcase the capabilities of our Blueprint
functions and to make our approach to digital twin
development more accessible, we designed and
implemented custom models inside Unreal Engine 5.
These models were specifically created to replicate
key elements of the package distribution
system—most notably, the conveyor belt mechanism.
The components not only illustrate common use
cases when it comes to OPC UA communication but
also incorporate realistic physics simulations to
closely mimic real-world behavior. User testing
confirmed that our construction-based approach is
intuitive and effective, significantly supporting the
understanding and development of digital twins for
complex systems
Menschzentrierte Analyse und Umsetzung von Freigabeprozessen im Bauprojekt-Management
Get PDFHintergrund
Die systematische Freigabe von Plänen stellt einen essenziellen Bestandteil des Bauprojektmanagements dar. Die bestehende Plattform smino, die zur Koordination und Dokumentation von Bauvorhaben eingesetzt wird, verfügt über keine Unterstützung für strukturierte Freigabeprozesse. Diese Bachelorarbeit adressiert diese Lücke durch eine menschzentrierte Analyse und prototypische Umsetzung eines entsprechenden Prozesses. Ziel ist es, eine Lösung zu entwickeln, die den praktischen Anforderungen der verschiedenen Projektbeteiligten und zugleich den technischen Vorgaben entspricht.
Methodik
Die Arbeit orientiert sich am Vorgehensmodell des Collaborative UX Design (CUXD), das iterative Phasen der menschzentrierten Entwicklung umfasst. In der Verstehensphase wurden Anforderungen aus bestehenden Artefakten und Interviews mit Hauptnutzenden abgeleitet. Darauf basierend entstanden Personas, User-Journeys und Opportunity Boards. In der anschliessenden Erkundungsphase wurden im Rahmen eines Design Studio konkrete Lösungsideen erarbeitet sowie ein High-Fidelity-Click-Prototyp entwickelt und validiert.
Darauf folgten die Priorisierung zu einem Minimum Viable Product (MVP), dessen Umsetzung in der smino-Umgebung sowie eine abschliessende Validierung. Diese wurde durch gezielte User-Tests mit Vertretern der Zielgruppen durchgeführt und lieferte zentrale Erkenntnisse zur weiteren Optimierung.
Ergebnis
Das Ergebnis der Arbeit ist ein funktionaler und validierter Prototyp zur Durchführung von Planfreigaben in smino. Die Entwicklung orientierte sich konsequent an den realen Arbeitsabläufen der Nutzenden und ermöglichte so eine praxisnahe Lösung.
Validierung und Ausblick
Die Validierung deckte zentrale Usability-Hürden auf - insbesondere im Bereich Navigation, Kommentarfunktion und Metadaten-Darstellung. Des Weiteren wurden konkrete Empfehlungen zur adressierten Verbesserung vor einem Release abgeleitet. Ein Highlight ist die erfolgreiche Anwendung des CUXD-Vorgehensmodells direkt in der komplexen smino-Codebase. Die Arbeit trägt zur digitalen Transformation von Freigabeprozessen im Bauwesen bei und stellt eine fundierte Grundlage für die Weiterentwicklung des Produkts dar.
Neben einem priorisierten Massnahmenkatalog für Design und Entwicklung wurden auch konzeptionelle Folgefragen identifiziert - etwa zur Integration mit Aufgaben, zur Validierung des Prüfprozesses mittels Pluralistic Walkthroughs oder zur Absicherung bei Datei-Löschungen.
Diese Erkenntnisse bilden die Basis für anschliessende Refactorings sowie zukünftige Designentscheidungen im Industrieumfeld
3D Web configurator based on CAD-Data
Get PDFWebbasierte Produkte-Konfiguratoren gewinnen immer mehr an Bedeutung, da sie dem Benutzer ermöglichen, komplexe Produkte individuell und auf die Person zugeschnitten zusammenzustellen. Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeption und Realisierung eines solchen, auf 3D-Modellen basierenden Online-Konfigurators. Mit Hilfe von React, TypeScript und TailwindCSS im Frontend, ASP.NET Core im Backend sowie PostgreSQL als Datenbanksystem, entstand ein mehrschichtiges System, welches über App Bundles und einem Inventor (3D Software von Autodesk) Add-In eng mit den Autodesk Plattform Services verknüpft ist. Es wurde ein iteratives Vorgehensmodell gewählt, welches moderne Projektmanagementmethoden sowie bewährte Software-Engineering-Techniken berücksichtigt. Abgerundet wurde das Ganze durch automatisierte Tests, Containerisierung und CI/CD Pipelines. Das Ergebnis ist ein funktionierender und einsatzbereiter Prototyp mit einer robusten Architektur und einer erweiterbaren Struktur. Die Arbeit zeigt auf, dass sich durch den Einsatz von modernen und bewährten Webtechnologien und CAD-Automatisierungen benutzerfreundliche, flexible und praxistaugliche Produkte-Konfiguratoren realisieren lassen
Dynamic View Data Warehouse: Intelligente Datenverwaltung mit erweiterten Analysemöglichkeiten
Get PDFDas Dynamic View Data Warehouse (DVDW) ist eine modulare Plattform zur Vereinheitlichung und Analyse heterogener Unternehmensdaten. Es integriert strukturierte Dateien (CSV, TXT, Excel) mithilfe intelligenter Mustererkennung und ermöglicht deren Nutzung über dynamische Sichten, Import-Management und ein konfigurierbares Dashboard. Das Frontend bietet interaktive Datenvisualisierung und flexible Dashboards, während das Backend für Importe, Validierung, Scheduling und Suchfunktionen verantwortlich ist. Ein separater Authentifizierungsdienst gewährleistet sichere Zugriffe mit rollenbasierter Kontrolle.
Das System findet Anwendung in Qualitätsmanagement, Fertigung und Reklamationsanalyse, wo es den manuellen Rechercheaufwand signifikant reduziert und Entscheidungsprozesse beschleunigt. Die Arbeit folgt agilen Praktiken und zeigt, wie moderne Datenintegration und Business-Intelligence-Technologien zu praxisnahen, übertragbaren Lösungen führen
GREENPRINT - Biodiversität in Privatgärten schnell und einfach ermitteln
Get PDFDer Verein Grünes Gallustal (GGT) engagiert sich für den Klimaschutz und die Förderung der Biodiversität
in Siedlungsgebieten. Ein zentrales Projekt ist der Greenprint-Rechner. Die digitale Anwendung
soll Gartenbesitzer:innen ermöglichen, den ökologischen Wert ihrer Gärten zu analysieren und
Optimierungsmöglichkeiten zu erhalten. Ziel ist, die ökologische Ausgleichsfläche pro Grundstück
auf mindestens 35% zu steigern und so die Auswirkungen des Klimawandels zu mildern. Langfristig
soll der Greenprint-Rechner schweizweit genutzt werden. In einer zweiten Entwicklungsphase ist
eine Erweiterung für Immobilienunternehmen, Behörden und eventuell für Schulen geplant.
Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde ein Prototyp des Tools entwickelt. Der Prototyp zeigt auf, wie
Nutzende in einem einfachen Prozess die Flächen und Pflanzen auf ihrem Grundstück erfassen und
schlussendlich eine Auswertung sowie nützliche Tipps zur Optimierung erhalten. Die Arbeit
konzentriert sich auf die Identifikation der primären und sekundären Nutzer:innen, die Evaluation ihrer
Bedürfnisse, sowie die Umsetzung eines klickbaren Prototyps unter Anwendung des Lean-UX-Ansatzes.
Der Prototyp schafft eine Entscheidungsgrundlage für Investoren und dient als Vorbereitung
für die Entwicklung des Tools.
Ein besonderer Mehrwert der Arbeit liegt im engen Einbezug der Nutzer:innen. Damit wird eine
Brücke zwischen den wissenschaftlichen Grundlagen und den Bedürfnissen privater Gartenbesitzer:innen
geschaffen. Die komplexen, ökologischen Berechnungen im Hintergrund werden im
Prototyp verständlich aufbereitet und durch anschauliche Illustrationen ergänzt. Dank mehrfachen
Tests mit Nutzenden ist der Erfassungsprozess auf deren Bedürfnisse abgestimmt und weist eine
praktikable Dauer auf
Matching and Conflation of Open Government Data with OpenStreetMap Data
Get PDFThis thesis addresses the absence of a reliable, openly licensed, repeatable workflow for conflating authoritative POI from Swiss OGD sources with heterogeneous OSM data—a gap that increases duplication,staleness, and manual curation cost. The objective was to design and evaluate an auditable end-to-end pipeline (DiffedPlaces) that ingests brand and retailer feeds from ATP together with contemporaneous OSM extracts, generates spatially and semantically blocked candidate pairs for Switzerland (Oct 2024–Aug 2025), and resolves matches via a tunable rule-based scorer and a supervised machine learning (ML) RandomForestClassifier. Two golden datasets underpinned evaluation: a brand-focused Aldi Süd Switzerland subset (246 outlets) and a stratified multi-category random sample (200 POI). The evolved ML matcher achieved Precision 1.0000, Recall 0.9957 (F1 0.9978) on the brand subset and improved F1 on the heterogeneous sample while substantially lowering false positives versus the tuned rule-based approach. The resulting workflow delivers reproducible, high-precision conflation, reduces audit workload, and provides a transferable governance template for integrating additional authoritative OGD feeds into OSM with transparent quality controls
Infrahub meets K8s
Get PDFAs part of the "Infrahub meets K8s" project, an automated system for configuration and deployment management in Kubernetes environments was designed and implemented. At its core, the system utilizes Infrahub as a centralized inventory system and authoritative source of truth, where the desired state of Kubernetes resources is defined. A custom Kubernetes Operator, VIDRA, continuously monitors this desired state and ensures its reconciliation by automatically deploying the corresponding resources into the Kubernetes cluster. With this approach, it becomes feasible to manage the entire infrastructure of a company declaratively and consistently through Kubernetes, enabling streamlined operations and improved scalability.
System Components:
- Infrahub: Central inventory system and source of truth for all Kubernetes configurations.
- VIDRA Operator: A custom Kubernetes Operator written in Go (using the Operator SDK), responsible for continuously reconciling the desired state from Infrahub and applying changes to the cluster.
- Python Transformers: Modules that convert Infrahub's structured infrastructure data into valid, deployable Kubernetes manifests.
- Flask Web Interface: A lightweight, user-friendly frontend that allows self-service infrastructure requests.
- VIDRA CLI: A terminal-based command-line interface built with Cobra for interacting with the VIDRA Operator.
Key Features:
- Automated Deployment: Enables streamlined and hands-off provisioning of infrastructure and configuration.
- State Reconciliation: Ensures that the actual state in the Kubernetes cluster always matches the declared state in Infrahub, detecting and resolving configuration drift automatically.
- Centralized Management: Offers unified visibility and control over infrastructure resources through a single, authoritative source of truth.
Conclusion:
The “Infrahub meets K8s” project presents a modern, extensible framework for infrastructure automation in Kubernetes-based environments. By unifying centralized configuration management in Infrahub with continuous deployment and reconciliation via the custom VIDRA Operator, the system embodies core GitOps principles
Free Range Routing Monitoring and Anomaly Detection Tool
Get PDFModern dynamic routing environments often suffer from limited visibility and diagnostic capabilities at the individual router level. This is especially true for setups based on Free Range Routing (FRR), an open-source routing suite that implements routing protocols like Open Shortest Path First (OSPF) and Border Gateway Protocol (BGP). Operators are typically forced to inspect each router’s state manually via Command Line Interface (CLI), making it difficult to detect and understand anomalies such as missing or unexpected route advertisements. These issues can compromise network stability and make troubleshooting time-consuming and error-prone.
We developed FRR-MAD, a modular, open-source monitoring and anomaly detection tool tailored to OSPF in FRRouting, to address these issues. It parses and analyzes routing data, detects inconsistencies, and visualizes the router’s state through an interactive text-based user interface (TUI). FRR-MAD consists of two components: the frr-mad-analyzer, which acts as the backend, collecting and evaluating OSPF data from FRR and the frr-mad-tui, a terminal-based frontend that presents the data for monitoring and troubleshooting. Features like structured route overviews, live anomaly highlighting, filtering, and Prometheus-compatible export simplify OSPF diagnostics and make routing behavior easier to understand, even in complex environments. An additional artifact that arose from this thesis is a containerlab-based development and test environment, which allows users to quickly spin up a realistic multi-router topology and test FRR-MAD without impacting production systems.
FRR-MAD enhances the monitoring and troubleshooting of OSPF routing in FRR environments by providing live anomaly detection and intuitive visualization. Its open-source nature encourages community collaboration. We invite the FRR community to adopt, test, and contribute to the project1 . Developed in close collaboration with our project partner Open Systems, this tool is now being integrated into their production infrastructure
Schnelle und patientengerechte Visualisierung von 24h Aktivitätsprotokollen
Get PDFIn der klinischen Praxis und Gesundheitsforschung gewinnt die objektive Erfassung von Bewegungs- und Schlafverhalten durch Actigraphie zunehmend an Bedeutung. Das am Kompetenzzentrum MOVE-IT der OST eingesetzte GENEActiv-System ermöglicht die kontinuierliche Dokumentation von 24-Stunden-Bewegungsmustern, jedoch erschwert der zeitaufwändige Analyseprozess und die komplexen Visualisierungen die praktische Anwendung.
Die vorliegende Bachelorarbeit adressiert diese Herausforderung durch die Entwicklung einer Desktop-Anwendung, welche den bestehenden Workflow grundlegend optimiert. Zum einen wurde der ursprüngliche R-Code zur Sensordatenanalyse durch Performance-Optimierungen beschleunigt. Zum anderen ersetzt ein intuitives User Interface den komplexen Prozess durch eine einheitliche Benutzerführung.
Die Implementierung erfolgte als plattformübergreifende .NET-Anwendung mit Avalonia UI, welche eine moderne MVVM-Architektur mit modularen Komponenten für verschiedene Sensortypen umsetzt. Der ursprüngliche R-Code wurde durch Performance-Optimierungen und Code-Bereinigung verbessert und in die .NET-Anwendung integriert. Die Datenvisualisierungen ermöglichen sowohl Fachkräften als auch Patienten eine verständliche Interpretation der Analyseergebnisse
FutureNet Kantonsspital Graubünden (KSGR)
No full textThe Kantonsspital Graubünden (KSGR) is undertaking a comprehensive modernization of its aging network infrastructure through the FutureNet project. This initiative addresses the lifecycle replacement of network components and aims to implement a state-of-the-art, secure, and scalable network architecture. The existing classic three-tier architecture, segmented by Virtual Routing and Forwarding (VRF) and managed via a centralized firewall, is to be replaced by a Software-Defined Network (SDN) using Aruba’s EVPN-VXLAN fabric and NetConductor technology.
The thesis focuses on the design, integration, and validation of this new architecture, particularly at the campus LAN level. Key goals include the deployment of role-based access control, enhanced Network Access Control (NAC) with 802.1X authentication, and the implementation of macro- and micro-segmentation for improved security. A significant component of the work is the integration of the site Kreuzspital into the EVPN fabric via a distribution layer using Aruba’s VSX clustering approach.
After the new site was built and thoroughly tested, productive clients were successfully migrated to the new infrastructure. The entire project was carried out within the context of a live, productive hospital network, requiring minimal disruption to ongoing clinical operations and ensuring the highest standards of reliability and security