Funktionsorientierte Gestaltung mechatronischer Baukastensysteme durch gezielte Einschränkung von systemischen Produktfreiheitsgraden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Günther Schuh
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 384797698

Bei der Entwicklung neuer Produkte erfolgt eine zunehmende Verlagerung der Funktionserfüllung in Elektrik/Elektronik und Software. Die Entwicklung mechatronischer Systeme erfordert dabei eine stärkere Funktionsorientierung, um eine Integration der Disziplinen gewährleisten zu können. Der steigenden Bedeutung mechatronischer Systeme und der stärkeren Funktionsorientierung in der Mechatronikentwicklung gilt es, bei der Gestaltung von Produktbaukästen Rechnung zu tragen. Bestehende Ansätze der Mechatronikentwicklung sowie der Gestaltung von Baukastensystemen berücksichtigen nur unzureichend die entscheidenden Faktoren bei der Gestaltung von mechatronischen Baukastensystemen. Vor dem Hintergrund der beschriebenen Ausgangssituation besteht das übergeordnete Ziel des geplanten Forschungs¬vorhabens darin, ein Gestaltungsmodell zu entwickeln, welches eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Produktbaukästen für mechatronische Systeme ermöglicht. Als wesentliche Lösungselemente wird hierbei auf eine Systemstrukturierung durch mechatronische Funktionsmodule sowie die gezielte Einschränkung systemischer Freiheitsgrade zurückgegriffen. Durch die Funktionsorientierung und die gezielte Einschränkung von Produktfreiheitsgraden wird die optimale Nutzung der Gestaltungsparameter in den Teildisziplinen mechatronischer Systeme sichergestellt. Der zu entwickelnde Ansatz gliedert sich dabei in fünf Partialmodelle. Ziel des ersten Modells ist die Strukturierung eines Systems in mechatronische Funktionsmodule. Im zweiten Teilmodell werden Klassifizierungsansätze für Produktfreiheitsgrade erarbeitet und in ein Vorgehensmodell zur Ableitung spezifischer Freiheitsgrade eingebettet. Aufbauend auf der Abgrenzung von Funktionsmodulen und der Identifikation von Freiheitsgraden wird im dritten Modell die Wirkung einer Freiheitsgradvariation auf das System in den Dimensionen der Funktionserfüllung, der Kosten und der Interdependenz durch Kennzahlen quantifizierbar gemacht. Unter Verwendung der entwickelten Kennzahlen wird im vierten Modell eine Methode zur Gestaltung mechatronischer Funktionsmodule durch die gezielte Einschränkung systemischer Produktfreiheitsgrade entwickelt. Ziel ist es hierbei, zur Erfüllung der Baukastenanforderungen Varianz in den Produktfreiheitsgraden zu ermöglichen, die einen möglichst geringen Einfluss auf die Mehrkosten des Systems haben. Zur Realisierung des Ziels wird in diesem Schritt auf eine Systemmodellierung durch die Anwendung der Graphentheorie und eine Systemanalyse durch die Anwendung einer Change Propagation-Analyse zurückgegriffen. Den abschließenden Schritt der Methodik bildet das fünfte Teilmodell zur Konfiguration eines Gesamtsystems aus mechatronischen Funktionsmodulen durch die systematische Identifikation und Auflösung von Zielkonflikten. Das geplante Forschungsvorhaben leistet einen Beitrag zum Verständnis der Komplexität mechatronischer Systeme und ermöglicht die Gestaltung effizienter Baukästen für mechatronische Produkte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen