Methodik zur Bewertung der Robustheit mechatronischer Systeme in den frühen Phasen der Produktentwicklung

Produktbeschreibung

Die Entwicklung eines mechatronischen Systems erfordert die Berücksichtigung zahlreicher Einflussfaktoren, die im Laufe der Lebenszeit auf das System einwirken können. Durch die steigenden Anforderungen an Produkte und Prozesse ist eine zunehmende Unsicherheit bei der Entwicklung neuer Produkte zu beobachten. Das Ziel dieser Arbeit liegt in der Erarbeitung einer Methodik zur Bewertung der Robustheit mechatronischer Systeme im Laufe der Entwicklung. Durch den Einsatz dieser systematischen Vorgehensweise sollen eine frühzeitige und ganzheitliche Einbeziehung variierender Einflussfaktoren und eine Bewertung der Sensitivität ermöglicht werden. Das Ergebnis der Arbeit ist eine Methodik, die Ingenieure in der frühzeitigen Beherrschung von Unsicherheiten bei der Entwicklung mechatronischer Systeme unterstützt. Durch die Methodik zur Bewertung der Robustheit wird somit ein Beitrag zur Beherrschung von Unsicherheiten in der Entwicklung multidisziplinärer Systeme ermöglicht.

Inhaltsverzeichnis
Nomenklatur……………………………………………………………………………VII
Abkürzungsverzeichnis …………………………………………………………..IX
Kurzfassung……………………………………………………………………………XI
Abstract ………………………………………………………………………………….XII
1 Einleitung ………………………………………………………………………….1
1.1 Motivation…………………………………………………………………………………………… 1
1.2 Ziele der Arbeit……………………………………………………………………………………. 4
1.3 Aufbau der Arbeit………………………………………………………………………………… 5
2 Mechatronik……………………………………………………………………….7
2.1 Mechatronische Systeme……………………………………………………………………… 7
2.2 Aufbau mechatronischer Systeme…………………………………………………………. 8
2.3 Eigenschaften mechatronischer Systeme……………………………………………….. 11
3 Stand der Technik………………………………………………………………13
3.1 Unsicherheit technischer Systeme…………………………………………………………. 13
3.1.1 Einteilung von Unsicherheit ……………………………………………………….. 14
3.1.2 Eigenschaften von Unsicherheit …………………………………………………. 15
3.1.3 Modellbildung von Unsicherheit………………………………………………….. 18
3.2 Robustheit technischer Systeme …………………………………………………………… 20
3.2.1 Robust-Design-Methodik …………………………………………………………… 21
3.2.2 Methoden der Robust-Design-Methodik ………………………………………. 25
3.2.3 Robustheit mechatronischer Systeme …………………………………………. 26
3.3 Zuverlässigkeit technischer Systeme……………………………………………………… 27
3.3.1 Zuverlässigkeitstechnik……………………………………………………………… 28
3.3.2 Methoden der Zuverlässigkeitstechnik…………………………………………. 29
3.3.3 Zuverlässigkeit mechatronischer Systeme …………………………………… 33
3.4 Methodische Entwicklung technischer Systeme ………………………………………. 34
3.4.1 Methodische Produktentwicklung ……………………………………………….. 35
3.4.2 Einteilung von Methode, Methodik, Vorgehensmodell……………………. 36
3.4.3 Methodische Entwicklung mechatronischer Systeme…………………….. 37
4 Forschungsvorhaben ……………………………………………………….. 41
4.1 Stand der Forschung……………………………………………………………………………. 41
4.2 Ziele des Forschungsvorhabens ……………………………………………………………. 46
4.3 Anforderungen an die Methodik zur Bewertung der Robustheit …………………. 48
4.4 Methodisches Vorgehen im Forschungsvorhaben……………………………………. 49
5 Methodik zur Bewertung der Robustheit……………………………. 51
5.1 Analyse mechatronischer Systeme………………………………………………………… 52
5.1.1 Analyse der Anforderungen ……………………………………………………….. 52
5.1.2 Analyse der Funktionen …………………………………………………………….. 56
5.1.3 Analyse der Systemarchitektur …………………………………………………… 58
5.2 Modellbildung mechatronischer Systeme ……………………………………………….. 61
5.2.1 Modellbildung technischer Systeme…………………………………………….. 62
5.2.2 Simulation mechatronischer Systeme………………………………………….. 75
5.2.3 Sensitivitätsanalyse mechatronischer Systeme…………………………….. 85
5.3 Evaluation mechatronischer Systeme…………………………………………………….. 97
5.3.1 Integration der Systemelemente …………………………………………………. 97
5.3.2 Verifizierung der Systemelemente ………………………………………………. 99
5.3.3 Validierung der Systemelemente ………………………………………………… 102
5.4 Bewertung der Robustheit mechatronischer Systeme ………………………………. 104
6 Evaluation der Methodik……………………………………………………. 105
6.1 Analyse mechatronischer Systeme………………………………………………………… 106
6.2 Modellbildung mechatronischer Systeme ……………………………………………….. 109
6.3 Evaluation mechatronischer Systeme…………………………………………………….. 113
6.4 Evaluation der Anforderungen an die Methodik ……………………………………….. 118
7 Erkenntnisgewinn …………………………………………………………….. 122
8 Zusammenfassung und Ausblick………………………………………. 124
Anhang………………………………………………………………………………….. 127
Literaturverzeichnis……………………………………………………………….. 136
Begriffserklärungen……………………………………………………………….. 152

Keywords: Mechatronik, Unsicherheit, Robustheit, Zuverlässigkeit, Methodische Produktentwicklung, Modellbildung, Simulation, Sensitivitätsanalyse, Mechatronics, Uncertainty, Robustness, Reliability, Methodical Product Development, Modelling, Simulation, Sensitivity Analysis