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Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse für mechatronische Systeme

Vortrag:Dipl.-Ing. Sebastian Schlund

Teilprojektleiter:Prof. Dr.-Ing. habil. Petra Winzer

Fachgebiet Produktsicherheit und QualitätswesenFachbereich D – Abteilung SicherheitstechnikBergische Universität Wuppertal

Dipl.-Ing. Sebastian Schlund

In Kooperation mit:Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Stefan Kulig

Lehrstuhl für Elektrische Antriebe und MechatronikFakultät Elektrotechnik und InformationstechnikUniversität Dortmund

Dipl.-Ing. Sebastian Gruber

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Gliederung

Problemlage und Zielsetzung

Industriebefragung zur Produktentwicklung mechatronischer Systeme in logistischen Anlagen

Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse

Ausblick

B3 Methode zum anforderungsgerechten Design mechatronischer Systeme

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Entwicklung des Begriffes Mechatronik

Informationstechnik

Maschinen-bau

Elektro-technik

Mechanik Feinwerktechnik

Fluidtechnik

Mikroelektronik Leistungselektronik

Softwaretechnik Automatisierungstechnik

Quelle: nach Richtlinie VDI 2206: Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme; Ausschuss Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme (Hrsg.); Berlin: Beuth, 2004.


Quelle: Möhringer, Stefan: Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme: Universität Paderborn Heinz Nixdorf Inst., 2005

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Logistische Anlage

Antrieb

Antriebskomponenten

Quelle in Anlehnung an: Lückel, J.; Koch, T.; Schmitz, J.: Mechatronik als integrative Basis für innovative Produkte. In:VDI-Tagung: Mechatronik – Mechanisch/Elektrische Antriebstechnik, 29./30. März 2000,Wiesloch; Düsseldorf: VDI Verlag, 2000


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Problemlage

Rückrufaktionen, Störfälle und Systemausfälle resultieren aus der unzureichenden Berücksichtigung:

der Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Entwicklungsbereichen,

den unscharfen Systemgrenzen,

der fehlenden methodischen Unterstützung der Entwicklungsabläufe sowie

der fehlenden Vernetzung etablierter Simulationswerkzeuge.


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Zielsetzung

Entwicklung eines generischen Methoden-Workflows für das Design mechatronischer Systeme in logistischen Anlagen mit den Zielen:

durchgängige, ganzheitliche und rückverfolgbare Produktentwicklung,

Modellierung der Wechselwirkungen zwischen den Teilsystemen,

komplexitätsreduzierter methodischer Entwicklungsablauf und

Integration bestehender Simulationen.


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Arbeitsablauf bei kombinierter Anwendung von Simulation und DeCoDe mit optionalen Schleifen und Parallel-Verzweigungen.

Legende: DeCoDe = Demand Compliant Design

SIM = Simulation

AF = Anforderungen


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1. 2. 3. 4.

Simulation vermuteter physikalischer Wechselwirkungen

Systematik zur Überprüfung parasitärer Wechselwirkungen

Analyse unscharfer Grenzen von Teilsystemen

Attributierung simulierter Wechselwirkungen

Erstellung von Systemstrukturen (Bäume, Matrizen)

Verknüpfung von Detailsimulation mit Entwurfsmethodik

Systematisierung und Strukturierung der Ergebnisse

TRANSFER

Kontinuierliche Evaluierung und Optimierung der Ergebnisse innerhalb der Teilprojektphasen und Projektübergreifend

Schematische Darstellung der Teilprojektphasen mit Transfer der Ergebnisse in das Zentralprojekt

5.

Projektphasen1. Analysephase

2. Methodenentwurf zum Design von mechatronischen Systemen

3. Modellierung von Systemen mit unscharfen Systemgrenzen

4. Verallgemeinerung des methodischen Vorgehens zum mechatronischen Systemdesign

5. Fortlaufende Evaluierung und Erprobung der Ergebnisse.

Standardisierung von Konstruktions-und Entwicklungs-prozessen

Befragungen zu Entwicklungs-methoden und -prozessen


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Industriebefragung zur Produktentwicklung me-chatronischer Systeme in logistischen Anlagen

10/06 11/06 12/06 01/07

26.09.

06.11.

21.11.

20.02.

02/0709/06 03/07

Recherche relevanter Unternehmen

orientierendes Interview (Motek)

Vorbereitung Fragebogen

Pretest

Versand Fragebogen

Bearbeitung in den Unternehmen

Nachfassen per Telefon

erweitertes Interview (Mitte 01/07)

Endauswertung (bis Mitte 02/07)


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Gemeinsamer Besuch der Messe Motek in Sinsheim (26.09.2006)

Ziel: Überblick über Stand der eingesetzten Technik und Vorbereitung derHerstellerbefragung

Ablauf: Direkte Ansprache von Unternehmensvertretern aus den Bereichen:Antriebstechnik (24)

Fördertechnik (20)

Ingenieurdienstleistungen (5)

Ergebnisse:grundsätzliches Interesse zur Teilnahme an der Befragung vorhanden

ca. 40 direkte Ansprechpartner aus Entwicklungsabteilung bzw. Geschäftsführung


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Offizielles AnschreibenPressemitteilung

Inhalte der BefragungStrukturierung der Unternehmen

Unternehmensgröße, Beschäftigtenzahlen, Tätigkeitsschwerpunkte, Antriebs- bzw. Förderkonzepte für den Einsatz in Stetigförderern

Konstruktion und Entwicklung Beteiligte Ingenieurdisziplinen, verwendete Entwicklungsmethodiken und Simulationen, Probleme bei der Entwicklung mechatonischerProdukte

Antriebs- bzw. FördertechnikBewertung von Anforderungen, Realisierung und Zuverlässigkeit der Technik, verwendbare Sensorik


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Ziel: Standarisierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse (K&E - Prozesse)

Vorgehen:

Recherche von K&E – Prozessen

1 2 34

1 2 34

Aufstellen von Vergleichskriterien1 2 34

orientierende Einordnung der K&E – Prozesse bezüglich der Kriterien1 2 34

1 24

genauere Analyse ausgewählter K&E-Prozesse3

Auswahl / Erweiterung eines Vorgehensmodells für Konstruktions- und Entwicklungsprozesse


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Einordnung der recherchierten Vorgehensmodelle zur Produktentwicklung

1 2 34

domänenspezifisch für mechatronische Systemedomänenübergreifend

VDI 2221/2222

Wasserfallmodell

V-Modell

Y-Modell

Systems Engineering

Münchener Vorgehensmodell (MVM)

(Lindemann)

VDI 2422

Spiralmodell

VDI 2206

INERELA

Isermann

Konstruktionsmethodik für selbstoptimierende Systeme

(Gausemeier)


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Vergleichskriterien

Betrachtung des Produktlebenszyklus im K&E – Prozeß

Systembeschreibung / Systemabgrenzung

Betrachtung physikalischer Wechselwirkungen zwischen Systemelementen

Berücksichtigung von Meilensteinen

Nachvollziehbarkeit

Berücksichtigung der Anforderungen

1 2 34


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Kriterien an Vorgehensweise für anforderungsgerechtes Design

orientierende Einordnung

Einordnung der unterschiedlichen Vorgehensmodelle hinsichtlich definierter

Kriterien

nicht berücksichtigt

in Teilaspekten berücksichtigt

vollständig berücksichtigt

mec

hatr

onis

che

Sys

tem

edo

män

ensp

ezifi

sch

dom

änen

über

grei

fend

VDI-Richtlinie 2221

VDI-Richtlinie 2206

Wasserfallmodell

Systems Engineering

Münchener Vorgehensmodell

INERELA

VDI-Richtlinie 2422

Isermann

Spiralmodell

Selbstoptimierende Systeme

V-Modell

Y-Modell

Lebenszyklus

Systemabgrenzung

phys. Wechselwirkungen

Meilensteine

Nachvollziehbarkeit

Anforderungen1 2 3

4


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Genauere Analyse ausgewählter K&E-Prozesse 1 2 34

Lebenszyklus

Systemabgrenzung

Phys. Wechselwirkungen

Meilensteine

Nachvollziehbarkeit

Anforderungen

Kriterium Merkmalsausprägung

vorgesehen nachvollziehbar prüfbardefiniertnicht vorgesehen

anfangs betrachtet ganzheitliche Betrachtung

durchgängige BetrachtungErweiterungnicht betrachtet

Gedankenmodell

vorgesehen nachvollziehbar prüfbarnicht vorgesehen



Ablaufschema Handlungsablauf

definiert


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Ausblick

Bewertung der VorgehensmodelleAusarbeitung eines Vorgehensmodells, in dem durchgängig Methoden und Simulationen verknüpft werden können

Verwendung der DeCoDe-Methode sowie der am Lehrstuhl Elektrische Antriebe und Mechatronik eingesetzten Simulationstools

Analyse und Bewertung der realen Wechselwirkungen zwischen den Systemstrukturen über den Produktlebenszyklus

Versuch der detaillierten Darstellung von Wechselwirkungen

Modifikation und Präzisierung der DeCoDe-MethodeGewährleistung der Rückverfolgbarkeit


Idee Serienanlauf

Methode zum anforderungsgerechten Design mechatronischer Systeme in der Logistik

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