Entwicklung einer Partitionierungsmethodik für mechatronische Systeme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mechatronische Systeme zeichnen sich durch das synergetische Zusammenwirken von Komponenten der Domänen Mechanik, Elektrotechnik und Informationstechnik aus. Je nach Produktfunktion ist es prinzipiell möglich, unterschiedliche Domänen oder Kombinationen von Domänen zu ihrer Realisierung zu nutzen. Daher erfolgt bei der Entwicklung mechatronischer Systeme eine Partitionierung, bei der festgelegt wird, ob eine Funktion mechanisch, elektrisch oder informationstechnisch realisiert werden soll und wie die hinsichtlich ihrer Domäne spezifizierten Systemelemente räumlich anzuordnen sind. Bei der Partitionierung werden die Eigenschaften des mechatronischen Systems grundlegend beeinflusst. Ein bewusstes, explizites Aufstellen von Domänenstrukturen als Zwischenschritt beim Übergang von der Funktions- zur Wirkebene kann dazu beitragen, den verfügbaren Lösungsraum vollständig zu erfassen und die Entwicklung vorteilhafter Konzepte fördern. Zur Unterstützung der Systempartitionierung wurde eine Methodik entworfen, die einen heterogenen Modellierungsansatz zur Beschreibung mechatronischer Systeme sowie verschiedene Methodenbausteine umfasst, die den Entwickler bei der Erzeugung von Domänenstrukturen unterstützen können. Der heterogene Modellierungsansatz erlaubt es dem Entwickler, das mechatronische System durch Kopplung von Systemelementen beliebiger Abstraktions- und Formalisierungsgrade zu beschreiben. Funktionen, Wirkprinzipien und konkrete Komponenten lassen sich über gerichtete und ungerichtete Relationen koppeln und bilden ein dreidimensionales Modell des zu realisierenden Produkts unter Berücksichtigung der für die funktionale und räumliche Partitionierung relevanten Aspekte. Neben dem System als solchem lassen sich zusätzliche für die Entwicklungsaufgabe relevante Informationen über Kontextelemente direkt im Modell berücksichtigen. Die Methodenbausteine umfassen einen Vorgehensleitfaden, der die Arbeitsschritte der Partitionierung beschreibt und eine zweckmäßige Reihenfolge für ihre Durchführung festlegt. Ferner wurden Regeln, Handlungshilfen und Strategien entwickelt, die die Erzeugung und Variation von Domänenstrukturen unterstützen. Da die Konzipierung der Aktorik und Sensorik ein wichtiger Bestandteil der Partitionierung ist, wurden Ansätze zur teilautomatisierten Auswahl und Dimensionierung der zugehörigen Systemkomponenten erarbeitet. Der Modellierungsansatz und die Methodenbausteine wurden zu einem methodischen Gesamtkonzept zusammengeführt und als Softwarewerkzeug realisiert. Die Anwendbarkeit der Partitionierungsmethodik wurde am Praxisbeispiel eines multifunktionalen Bewegungssystems untersucht, das sich am natürlichen Vorbild der Schlange orientiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Jansen, S., Welp, E.G.: A Heterogeneous Modelling Approach for Domain Allocation in Mechatronics. In: Proceedings of the 16th International Conference on Engineering Design (ICED), Paris, 2007, Paper No. 444
- Jansen, S.: Eine Methodik zur modellbasierten Partitionierung mechatronischer Systeme. Aachen: Shaker, 2007. Zugl.: Dissertation Ruhr-Universität Bochum, 2006.
- Jansen, S.; Welp, E. G.: Ein Werkzeug zur modellbasierten Partitionierung mechatronischer Systeme. In: Mechatronik 2005 - Innovative Produktentwicklung. VDI-Berichte 1892.1, Düsseldorf, VDI Verlag, 2005, S. 273-293
- Jansen, S.; Welp, E. G.: Model-Based Design of Actuation Concepts: A Support for Domain-Allocation in Mechatronics. In: Proceedings of the 15th International Conference on Engineering Design (ICED), Melbourne, 2005, Paper No. 218.49.
- Jansen, S.; Welp, E. G.: Modellbasierte Partitionierung mechatronischer Systeme am Beispiel eines multifunktionalen Bewegungssystems. In: 4. Paderborner Workshop "Entwurf mechatronischer Systeme'1, Paderborn: HNI, 2006.
- Labenda, P.; Welp, E.G.; Jansen, S.: Entwicklung eines biologisch inspirierten Bewegungssystems. In: Mechatronik 2007 - Innovative Produktentwicklung. VDI-Berichte Nr.1971, Düsseldorf, VDI Verlag, 2007, S. 417-433
- Welp, E.G., Jansen, S.: Domain Allocation in Mechatronic Products. In: Proceedings of the 8th International Design Conference (DESIGN 2004), Vol. 2, Dubrovnik, 2004, pp. 1349-1354.
