Sonderforschungsbereich 614

Der Sonderforschungsbereich (SFB) 614 „Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus“ steht im letzten Jahr seiner Förderzeit. Er beruht im Kern auf einer der herausragenden Stärken der Universität Paderborn und des Heinz Nixdorf Instituts, der Symbiose von Informatik, Ingenieurwissenschaften und Mathematik. Diese äußert sich u. a. in der ausgeprägten Mechatronik-Kompetenz, die in Verbindung mit Optimierungsmethoden die Ausgangsbasis des SFB 614 bildet.

Maschinen sind allgegenwärtig. Sie produzieren, sie transportieren. Maschinen erleichtern die Arbeit und helfen. Aus der zunehmenden Durchdringung des Maschinenbaus mit Informationstechnik eröffnen sich erhebliche Nutzenpotenziale. Der Begriff Mechatronik bringt dies zum Ausdruck. Gemeint ist hier das enge symbiotische Zusammenwirken von Mechanik, Elektronik, Regelungstechnik und Softwaretechnik, um das Verhalten eines technischen Systems zu verbessern. Durch die Integration kognitiver Funktionen in mechatronische Systeme werden Systeme mit inhärenter Teilintelligenz ermöglicht. Das Verhalten dieser künftigen Systeme wird durch die Kommunikation und Kooperation intelligenter Systemelemente geprägt sein. Aus informationstechnischer Sicht handelt es sich nach unserem Verständnis um verteilte Systeme von miteinander kooperierenden Agenten. Daraus eröffnen sich faszinierende Möglichkeiten für die Gestaltung der maschinenbaulichen Erzeugnisse von morgen. Der Begriff Selbstoptimierung charakterisiert diese Perspektive. Unter Selbstoptimierung eines technischen Systems wird die endogene Änderung der Ziele des Systems auf veränderte Umfeldbedingungen und die daraus resultierende zielkonforme autonome Anpassung der Parameter und ggf. der Struktur und somit des Verhaltens dieses Systems verstanden.

Der Sonderforschungsbereich verfolgt seit Juli 2002 die langfristige Zielsetzung, das Wirkparadigma der Selbstoptimierung für den Maschinenbau zu erschließen und Dritte in die Lage zu versetzen, selbstoptimierende Systeme zu entwickeln. Im Juni 2013 wird der Sonderforschungsbereich 614 nach elf Jahren Förderung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft auslaufen. Aus diesem Grund werden nun die Ergebnisse gebündelt, um die Praxis von den Nutzenpotenzialen der Selbstoptimierung profitieren zu lassen.

1. Aspekte eines selbstoptimierenden Systems
2. Lösungsmuster der Selbstoptimierung

Der SFB auf der Zielgeraden
Ziel ist es, auch über die Laufzeit hinaus die Forschung auf dem Gebiet der intelligenten technischen Systeme voranzutreiben und in die Anwendung zu bringen. Beispielsweise wurde hierzu das Transferprojekt „FPGA-basierte selbstoptimierende Antriebsregelung“ angestoßen. Ferner beruht der 2012 gestartete Spitzencluster „it`s OWL – Intelligente Technische Systeme OstWestfalen-Lippe“ auf den Ergebnissen des SFB 614.

Der Transfer wird durch ein Instrumentarium zur Entwicklung selbstoptimierender Systeme realisiert. Dieses umfasst einen Entwicklungsprozess, Methoden und Softwarewerkzeuge. Es unterstützt die Entwickler, eigenständig selbstoptimierende Produkte oder Produktionssysteme zu entwerfen. Das Instrumentarium sowie Methoden zur Steigerung der Verlässlichkeit von selbstoptimierenden Systemen werden Mitte 2013 als Buchpublikationen im Springer Verlag erscheinen. Die Ergebnisse werden zudem auf dem neuen attraktiven Internetauftritt des SFB für die breite Öffentlichkeit aufbereitet.

Im Januar 2013 wird dieser um eine virtuelle Fachausstellung erweitert. In dieser kann sich der Besucher/die Besucherin interaktiv über den Sonderforschungsbereich informieren. Die Technologie Non-linear Video unterstützt dabei, sich auch bei unterschiedlichen Vorkenntnissen ein gutes Bild über die Tätigkeiten des SFB 614 zu machen. Als Anschauungsobjekte dienen dabei die drei Demonstratoren des SFB.

Demonstratoren des SFB 614
Der Nutzen der Forschung im SFB 614 wird anhand von Demonstratoren aufgezeigt, welche die große Bandbreite des modernen Maschinen- und Fahrzeugbaus abdecken:

1. X-by-Wire-Versuchsfahrzeug Chamäleon: Es handelt sich um ein vollaktives mechatronisches Versuchsfahrzeug, das ausschließlich elektrisch aktuiert ist. Es wird komplett bywire gesteuert, d. h., es gibt keine mechanische Kopplung zwischen dem Bedienelement und der Aktorik. Im Kontext des SFB wird eine selbstoptimierende Fahrzeugregelung hinsichtlich der Vertikal- und Längsdynamik, des Energiemanagements sowie der Rekonfiguration der Fahrwerksaktorik realisiert.
2. Miniaturroboter BeBot: Dieser dient als Technologieplattform für die Forschung in den Bereichen dynamisch rekonfigurierbarer Systeme, Multiagenten-Systeme sowie Schwarmintelligenz. Die Grundlage hierfür bildet die Kombination von rekonfigurierbaren Logikbausteinen (FPGA) und leistungsfähigen Mikrocontrollern. Zudem ist er Versuchsträger für die Technologie „Molded Interconnect Devices“ (MID).
3. RailCab: Ist ein innovatives Bahnsystem, das als umfassende Versuchsanlage im Maßstab 1:2,5 realisiert ist (http://nbp-www.upb.de). Den Kern des Systems bilden autonome Fahrzeuge (RailCabs) für den Personen- und Gütertransport, die nach Bedarf und nicht nach Fahrplan fahren. Sie handeln proaktiv. Beispielsweise bilden sie Konvois, um den Energiebedarf zu reduzieren. Die RailCab- Module Antriebs- und Bremssystem, Feder- und Neigesystem und Energiemanagement wie auch das Zusammenwirken dieser Module beruhen auf der Selbstoptimierung und werden an entsprechenden Prüfständen validiert.

1. Miniaturroboter „BeBot“
2. X-by-Wire-Versuchsfahrzeug „Chamäleon“
3. Schienenfahrzeug „RailCab“