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Mechatronische Systeme sind heutzutage allgegenwärtig. Durch
die funktionale Vereinigung von Mechanik, Elektronik und
Software ist es möglich, die Produkteigenschaften zu
verbessern. Ein Beispiel hierfür sind stufenlose Getriebe.
Die grundlegende Idee für dieses Konzept ist schon lange
bekannt. Doch erst durch die Nutzung leistungsfähiger
Informationsverarbeitungssysteme kann die Getriebemechanik
so gesteuert werden, dass sich im Vergleich zu rein
mechanischen Konzepten Wirkungsgrade verbessern und
Spritverbräuche verringern lassen.
Die Kehrseite der Medaille: Gerade im Automobilsektor machen
mechatronische Systeme immer häufiger durch mangelnde
Zuverlässigkeit von sich reden - und schaden dem Image der
Hersteller gewaltig. Die Probleme haben mehrere Ursachen. So
werden zum einen die Systeme immer komplexer, während
andererseits die Produktleben-szyklen immer kürzer werden.
Ansatz in früher Entwicklungsphase
Da Zuverlässigkeit ein konstruiertes Wesensmerkmal eines
Produktes ist, muss diesem Umstand auch im
Ent-wicklungsprozess selbst Rechnung getragen werden.
Praktisch ist das bisher jedoch nicht der Fall. Schon die
frühen Entwicklungsphasen sind für die spätere
Zuverlässigkeit entscheidend. In diesem Stadium geht es vor
allem darum, in die Konzeptentwicklung und -auswahl
einzugreifen, um unzuverlässige Lösungen frühzeitig zu
erkennen, zu eliminieren und dadurch unnötige
Entwicklungsschleifen zu vermeiden.
Zur
Unterstützung dieser Entscheidungen müssen die zur Verfügung
stehenden Daten analysiert und ihr Aus-sagegehalt untersucht
werden. Datenunsicherheiten und die typischerweise nur
ansatzmäßige Systemdetail-lierung beispielsweise in Form von
Konzeptskizzen oder groben Funktionsablaufplänen sind
hierbei eine große Herausforderung.
Begegnet
wird ihr durch Methoden zur Berücksichtigung der
Unsicherheit wie der Monte-Carlo-Methode und durch die
Nutzung von Expertenwissen. IMA-Mitarbeiter und Mathematiker
arbeiten dabei institutsübergreifend zusammen. Ein Ergebnis
ist die Bewertung der konzeptionellen Über- oder
Unterlegenheit verschiedener Mecha-nikkonzepte (zum Beispiel
Planeten- versus Stirnradsatz) bei gegebenen
Rahmenbedingungen (beispielsweise Bauraumrestriktionen).
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Künftig greifen Zuverlässigkeitsanalysen bereits im
Frühstadium der Konzeption. (Quelle: Institut) |
Ganzheitliche Modelle
Während das IMA den Schwerpunkt bei mechanischen
Systemumfängen legt, unterstützen die Mathematiker die
Bildung von Modellen und ihre Analyse innerhalb der
For-schergruppe. Schwerpunkte sind hierbei stochastische
Modelle komplexer Systeme und Punktprozesse, wie sie für die
quantitative Analyse der Softwarezuverlässigkeit eingesetzt
werden.
Am IAS wird mittels eines ganzheitlichen,
qualitativen Modells das mechatronische System zunächst
modelliert und anschließend hinsichtlich der Zuverlässigkeit
anal-ysiert. Darüber hinaus werden Systemarchitekturen und
Zuverlässigkeitsstrategien für mechatronische Systeme
untersucht.
Kerngebiet der Elektroniker im Team ist die
Entwicklung von Entwurfsmethoden und Hardware-Architekturen,
welche die Validierung, die Verifikation und den Test der
informationsverarbeitenden Hardwarekomponenten eines
mechatronischen Systems unterstützen.
Am IKFF stehen feinwerktechnische Antriebe im
Mittelpunkt. Ziele sind die Datensammlung auf Elementebene
sowie das Erarbeiten von Methoden für die Ermittlung der
Systemzuverlässigkeit in der Entwurfsphase. Schlie-ßlich
sind die Ergebnisse auf frühe Entwicklungsphasen zu
übertragen.
Durch die Vereinigung der Ergebnisse aus den
Forschungsteilprojekten sollen Methoden entwickelt werden,
die möglichst alle Facetten der Mechatronik abdecken. So
werden ganzheitliche Ansätze geschaffen. Ein aktuelles
Teilprojekt zwischen den Mathematikern, dem IAS und dem IMA
zielt beispielsweise auf die Analyse möglicher quantitativer
Zuverlässigkeitsaussagen für softwareintensive
mechatronische Systeme in frühen Entwicklungs-phasen ab.
uk
KONTAKT
Prof. Dr. Ing. Bernd Bertsche
Institut für Maschinenelemente
Tel. 0711/685-6165
Fax 0711/685-6319
e-mail:
bertsche@ima.uni-stuttgart.de
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