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Entwicklungsmethodik Mechatronik/Systems Engineering

Es kommt auf die fachgebietsübergreifende Spezifikation des Produktkonzepts an

Moderne maschinenbauliche Erzeugnisse sind durch ein hohes Maß an Informations- und Kommunikationstechnik geprägt. Der Begriff Mechatronik bringt dies zum Ausdruck. Die Symbiose der Domänen Maschinenbau, Elektrotechnik/ Elektronik, Regelungs- und Softwaretechnik eröffnet faszinierende Perspektiven für die Gestaltung künftiger Produkte. Miniaturisierung, die Integration neuer Funktionalitäten sowie die Möglichkeit Produkte mit einer inhärenten „Intelligenz“ auszustatten sind einige der vielfältigen Möglichkeiten.

Zwei Kategorien mechatronischer Systeme

Die große Bandbreite mechatronischer Produkte lässt sich in zwei Klassen unterteilen:

Die erste Klasse beruht auf der Integration von Mechanik und Elektronik. Ziel dieser Systeme ist eine hohe Dichte mechanischer und elektronischer Funktionsträger auf kleinem Bauraum. Das wesentliche Potential der Integration liegt in der Miniaturisierung, den geringeren Herstellkosten und der höheren Zuverlässigkeit. Hier steht die Aufbau und Verbindungstechnik im Vordergrund.

Die zweite Klasse befasst sich mit dem kontrollierten Bewegungsverhalten von Mehrkörpersystemen. Hierbei ist die Verbesserung des Systemverhaltens das Ziel. Mit Hilfe von Sensoren werden Informationen über das Umfeld, aber auch über das System selbst, gesammelt. Aus diesen Informationen werden „optimale“ Reaktionen generiert und durch Aktoren ausgelöst. Dadurch entstehen Systeme, die in der Lage sind auf Veränderungen ihres Umfelds zu reagieren, kritische Betriebszustände zu erkennen und schwer steuerbare Abläufe durch Einsatz der Regelungstechnik zu optimieren.

Klassen mechatronischer Systeme

Zentrales Handlungsfeld: Spezifikation der Prinziplösung

Im Zentrum des Handlungsbedarfs auf dem Weg zu einer Entwicklungsmethodik für die hier beschriebenen Systeme steht eine ganzheitliche integrative Spezifikation der Prinziplösung. Damit soll die Lücke zwischen dem Anforderungskatalog, der eine eher grobe Spezifikation des Gesamtsystems darstellt und naturgemäß weit interpretierbar ist, und den etablierten Spezifikationstechniken der einzelnen Domänen geschlossen werden. Die Spezifikation der Prinziplösung ist Grundlage für die Kommunikation und Kooperation der Fachleute aus den beteiligten Disziplinen im Zuge der weiteren Konkretisierung, in deren Verlauf parallel gearbeitet wird.

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 614 wurde eine Spezifikationstechnik zur Beschreibung der Prinziplösung eines selbstoptimierenden Systems entwickelt. Dies schließt mechatronische Systeme ein. Die Spezifikationstechnik basiert auf den Arbeiten von Frank, Gausemeier und Kallmeyer. Schon zu Begin der Arbeiten wurde deutlich, dass eine umfassende Beschreibung der Prinziplösung eines hoch komplexen Systems in Aspekte zu gliedern ist. Diese Aspekte sind: Anforderungen, Umfeld, Zielsystem, Anwendungsszenarien, Funktionen, Wirkstruktur, Gestalt und Verhalten. Bei Verhalten handelt es sich um eine Gruppe, weil es verschiedene Verhaltensarten gibt, z.B. Logik einer Schaltung, dynamisches Verhalten von Mehrkörpersystemen, elektromagnetische Verträglichkeit etc. Die genannten Aspekte werden rechnerintern durch Partialmodelle repräsentiert. Da die Aspekte zueinander in Beziehung stehen und ein konsistentes Ganzes ergeben sollen, besteht die Prinziplösung aus einem kohärenten System von Partialmodellen. Die Aspekte und die entsprechenden Partialmodelle sind im Wechselspiel zu bearbeiten, wenngleich es eine gewisse Reihenfolge gibt.

Kohärentes System von Partialmodellen

Den Startpunkt bilden Umfeldbeschreibung, Anwendungsszenarien und Anforderungen. Dann kommen üblicherweise das Zielsystem, die Funktionshierarchie und die Wirkstruktur. Die Wirkstruktur bildet im klassischen Maschinenbau den Kern der Prinziplösung. Bei der Spezifikation von selbstoptimierenden Systemen spielen die Modellierung von Zuständen und Zustandsübergängen und die Auswirkungen auf die Wirkstruktur eine wesentliche Rolle. Diese Art der Modellierung erfolgt in der Gruppe der  Verhaltensmodelle.

Unsere Kompetenzen und Leistungen:

  • Entwicklungsbenchmark Mechatronik
  • Integration Mechanik/Elektronik (MID- Molded Interconnect Devices)
  • Konzipierung mechatronischer Systeme
  • Reorganisation Entwicklungsprozesse

 

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