Entwurf mechatronischer Systeme - TU Dresden

• 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

• Kommunikation zwischen Entwicklern 
• Definition von Funktion / Teilsystemen / Schnittstellen
• Testen der Systeme / Definition von Verifizierungsszenarien

• Festlegen wichtiger Kommunikationsparameter
• Festlegen beteiligter Instanzen
• Kontrolle auf Richtigkeit und Vollständigkeit

• Priorität
• innere Struktur
• Standartisierung (CANopen)

• Hardwarebindung
• Buslast
• Rechenleistung / Speicher
• Systemkosten
• Sicherheitsanforderungen

• Datenaufbereitung im Controller 
• Wartezeiten bei der Übertragung
• Übertragungszeit
• Empfang und Auswertung
• bei Fehlern wiederholtes Senden

Header:

• Adressierung
• Kennung
• Art
• Anzahl der Daten

Payload:

• Signale
• Werte
• Status

Trailer:

• Informationen Fehlererkennung

• Zwei Eltern rekombinieren zu zwei Nachkommen
• Populationsteilnehmer abgebildet als Bitstring
• Einzelne Bits sind Parameter der Optimierungsproblems
• Parameter werden bitweise ausgetauscht

1. Partikel positionieren und Anfangsgeschwindigkeiten definieren
2. Geschwindigkeit aktualisieren
3. Position aktualisieren

Präszise (Globale) Algorithmen:

• Das Auffinden des globalen Optimums ist garantiert
• Absuchen des gesamten Lösungsraumes
• Häufig sehr rechenintensiv
• Bsp.: Brute Force, Dynamische Programmierung

Approximierende Algorithmen:

• Keine Garantie des Identifizierens des globalen Optimums
• Finden eines lokalen Optimums wird garantiert
• Reduzierter Rechenaufwand durch „geschickte“ Absuche des Lösungsraumes
• Bsp.: Simulated Annealing, Evolutionäre Algorithmen, Particle Swarm Optimization

• Ausbilden von Paretofronten mit mehreren Optimierungsergebnissen
• Je nach Gewichtung der Kriterien anderes Optimierungsergebnis

Ein Optimierungsproblem ist die Suche nach dem Minimum oder Maximum einer Zielfunktion.

• Es sollte die Art der Optimierung über alle Kriterien festgelegt werden (Minimierung/Maximierung)
• Minimierungsprobleme können durch Invertierung in Maximalprobleme überführt werden und umgekehrt
• Es gilt das globale Minimum/Maximum zu finden

• Wertschöpfung
• Diagnose
• Geometrische Integration
• EMV
• Antriebsstrang
• Fahrassistenz
• E/E-Systemingenieure

• Anforderungsdefinition
• Systemspezifikation

Physikalische Modelle

• Prototypen, Maßstäbliche Modelle, Rapid-Prototyping

Abstrakte Modelle

• Skizzen, Konstruktionszeichnungen, Digitale Modelle

• Fehlererkennung mit Prozessmodellen
• Parität
• geführte Fehlersuche

• Granzwertüberwachung
• Trendanalyse
• Signalvorhersage