Entwurf mechatronischer Systeme - TU Dresden

Rahmenbedingungen sind organisatorische oder technologische Anforderungen, welche sich zum Beispiel auf die Art und Weise der Produktentwicklung beziehen.

Bsp.: 

• Anforderung an die Durchführung der Entwicklung (z.B. Vorgehensmodell, (Zwischen)-Ergebnisse, vorgeschriebene Werkzeuge, anzuwendende Standards, Zeitaufwand)
• Rechtlich-vertragliche Anforderungen (z.B. Zahlungsmodalitäten, Umgang mit Änderung der Anforderungen)

Eine Qualitätsanforderung definiert eine qualitative Eigenschaft des gesamten Systems, einer Systemkomponente oder einer Funktion

Bsp.: 

• Technische Anforderungen (z.B. Vorgaben an Hardware, Schnittstellen oder Systemarchitektur)
• Anforderungen an die Benutzerschnittstelle (z.B. Vorgaben an Benutzeroberfläche, Ergonomie)
• Anforderungen an die Dienstqualität (z.B. Antwortzeitverhalten, Zuverlässigkeit, Änderbarkeit)
• Anforderungen an Lieferbestandteile (z.B. Betriebshandbuch, Produktschulungen)

Eine funktionale Anforderung ist dann unterspezifiziert, wenn diese nicht eindeutig definiert ist und somit als interpretationsanfällig gilt

Bsp.: "Das System soll "sicher" sein"

nichtfunktionale Anforderungen 

beschreiben Möglichkeiten zur Realisierung funktionaler Anforderungen und geben hierfür feste Rahmenbedingungen vor, wie z.B. Benutzbarkeit, Zuverlässigkeit oder Wartbarkeit

funktionale Anforderung

definiert eine vom System bzw. Systemkomponente bereitzustellende Funktion oder einen bereitzustellenden Service

• Kann sehr allgemein beschrieben sein
• Detailliert Eingaben und Ausgaben, z.B. Übertragungsfunktionen
• Ausnahmen
• Verwendung einer eindeutigen Sprache (möglichst Mathematik)

Anforderungen

• funktional
• nichtfunktional
  • unterspezifisch funktional
  • Qualitätsanforderungen
  • Rahmenbedingungen

Beschreibt, was der Auftraggeber oder Benutzer vom Produkt/System erwartet (Bedingungen, Attribute, Ziele, Nutzen, …)

1. Eine Bedingung oder Eigenschaft, die ein System oder eine Person benötigt, um ein Problem zu lösen oder ein Ziel zu erreichen.
2. Eine Bedingung oder Eigenschaft, die ein System oder eine Systemkomponente aufweisen muss, um einen Vertrag zu erfüllen oder einem Standard, einer Spezifikation oder einem anderen formell auferlegten Dokumente zu genügen.
3. Eine dokumentierte Repräsentation einer Bedingung oder Eigenschaft wie in 1. oder 2. definiert.

Grundannahme:

• Genaues Entwicklungsziel ist nicht bekannt
• Kundenwünsche ändern sich während Entwurfsprozess

Konsequenzen:

• Ständige Berücksichtigung neuer Informationen, Ziele, Anforderungen
• Sehr enge Verzahnung von Kunde und Entwicklungsteam
• Kundenwunsch ist immer wichtiger als gesetzte Anforderung

• Welche Prozessschritte werden durchlaufen?
• Welche Aktivitäten werden dabei durchgeführt?
• Grobe Definition des Zeitrahmens der Prozessschritte
• Definition von Teilprodukten und Abnahmekriterien/Kontrollpunkten
• Welche Richtlinien und Standards müssen beachtet werden?
• Rollenmodelle (Aufgaben die von Mitarbeitern erfüllt werden müssen)
• Einzusetzende Methoden, Werkzeuge, ...

• V-Modell
• Spiralmodell
• Wasserfallmodell

• Fertigung von Werkzeugen zur Erstellung von mechanischen Systemen
• Fertigung von Elektrik-/Elektroniksystemen
• Erstellung von Code für die informationsverarbeitenden Systeme durch Autocode-Generierung (von Modellen) oder manuellem Erstellen von Code

• Modellierung für elektrische, mechanische, chemische und sonstige Systeme
• Simulationen zur Auslegung von Systemparametern und zur Überprüfung
• Konstruktion für mechanische Systeme
• Programmierung für informationsverarbeitenden Systeme
• Rapid Prototyping für mechanische Systeme (3D-Druck) und mechatronische Systeme (z. B. HIL)

nach [DIN69901]:

vom Auftragnehmer erarbeitete Realisierungsvorgaben auf der Basis des vom Auftraggeber vorgegebenen Lastenhefts

nach [DIN69901]:

eine vom Auftraggeber festgelegte Gesamtheit der Forderungen an die Lieferungen und Leistungen eines Auftragnehmers innerhalb eines (Projekt-)Auftrags

• Zusammenfügen der Teillösungen zu einem Gesamtsystem
• Untersuchung des Systems auf Erfüllen der Anforderungen (Validierung)
• Testen der korrekten Funktionsweise des Systems (Verifikation)

• Praktische Umsetzung der ausgewählten Lösung in Form von Prototypen
• Ziel: Untersuchung der Prototypen auf eventuelle logische und praktische Fehler
• Unterschiedliche Prototypen je nach Branche
• Es wird untersucht, ob sich das Produkt in einer
  gleichbleibenden Qualität in der
  gewünschten Anzahl über den
  gewünschten Zeitraum herstellen
  lässt.

• Erarbeiten der konkreten Lösung
• Ziel: die in dem Lastenheft definierten Anforderungen vollständig erfüllen unter Nutzen der im Pflichtenheft definierten Technologien, etc.
• Bewertung und Vergleich verschiedener
  Lösungsansätze und –varianten
• Ziel: Identifikation einer Variante zur
  weiteren Umsetzung

• Detaillierte Ausarbeitung der Umsetzung
• Festhalten von Anforderungen an das System (Lastenheft)
• Festhalten von technischen Spezifizierungsdetails (Pflichtenheft)

• Steigende Systemkomplexität
• Steigende Anzahl an beteiligten Entwicklern
• Steigende Verteilung der Entwicklung (weltweit)
• Steigende Anzahl und Adaptivität von Anforderungen

Geordnete Menge an (wiederkehrenden) Entwurfsschritten und deren Reihenfolge ergeben einen Entwurfsprozess

sind in sich wiederum Systeme, welche beliebig viele Komponenten/Objekte beinhalten

Unerwünschte Veränderung von Systemelementen oder Systemparametern durch
irreversible Prozesse

• Reibung, d. h. Umwandlung mechanischer Bewegungsenergie in Wärme
• Verschleiß, d. h. Stoff- und Formänderungen von Systemelementen

• Mechanische Vibrationen, impulsförmige Stoß- oder Prallvorgänge
• elektromagnetische Störfelder, Einstreuungen, Spannungs-/Stromspitzen
• thermische Einflüsse, Temperaturschwankungen
• atmosphärische und klimatische Einflüsse, wie Feuchte, Gaskontaminationen.

Ein System is ein Gebilde, dass durch Funktion und Struktur verbunden ist und durch eine Systemgrenze von seiner Umgebung virtuell abgegrenzt werden kann.

• Systemfunktion besteht in seiner Überführung operativer Eingangsgrößen in
  funktionelle Ausgangsgrößen, sie wird getragen von der Struktur des Systems
• Systemstruktur besteht aus der Gesamtheit der Systemelemente, ihren
  Eigenschaften und Wechselwirkungen