Entwurf mechatronischer Systeme
Entw. mech Syst. Lehrveranstaltung der TU Dresden Studiengang Maschinenbau -> Dies sind keine offiziellen Fragen! Die Fragen habe ich mir während meiner Prüfungsvorbereitung aus den Vorlesungsmitschriften und Folien generiert
Entw. mech Syst. Lehrveranstaltung der TU Dresden Studiengang Maschinenbau -> Dies sind keine offiziellen Fragen! Die Fragen habe ich mir während meiner Prüfungsvorbereitung aus den Vorlesungsmitschriften und Folien generiert
30.) Nenne Möglichkeiten zur Vermeidung von Fehlern bei Sensoren und A/D- Umsetzern.
Geeignete Sensorauswahl / AD-Umsetzer Auswahl
- Auswahl eines Sensors dessen Parameter zum Einsatzzweck (siehe Anforderungsdefinition) passen
- Technisch angepasste Sensoren verwenden (z. B. induktive Drehzahlsensoren statt optischer in rauhen Industrieumgebungen)
Aufbereitung der Messgrößen
- Signalvorverarbeitung verwenden, welche angemessen ist für die Aufgabe
Eliminierung von Störeinflüssen
- Positionierung des Sensors (z. B. möglichst weit von Störquellen entfernt)
Kalibrierung eines Sensors an Hand bekannter Ein-/Ausgabegrößen
- Vermessung des Sensors (bzw. eines Referenzsensors)
- Ermittlung von Korrekturwerten
- Anwendung der Korrekturwerte auf die Messungen (digitale Nachberarbeitung)
Angepasste Erwartungshaltung
- Fehler tolerieren, wenn die Systemaufgabe weiterhin erfüllt wird
- Prinzip: „So genau wie nötig, statt so genau wie möglich“ -> Gesamtsystem betrachten
31.) Wozu dient eine Sample & Hold -Schaltung und wie sieht sie aus?
-> liefert für den gesamten Wandlungszeitraum ein konstantes Signal
oder
Analoge Zwischenspeicherung:
- Erfassung (Abtasten) einer analogen Eingangsspannung zu einem Zeitpunkt
- konstante Bereitstellung (Halten) des Signals am Ausgang zur der Haltezeit
siehe Bild
32.) Was ist die Aufgabe von Aktoren?
- Wandlung von Stellinformation tragenden Signalen in leistungsbehaftete Signale einer entsprechenden Energieform (mechanisch, elektrisch, fluidisch).
- Aktoren bilden die Schnittstelle zwischen Signalverarbeitung (Reglerausgangsgröße) und Prozess (Regelstrecke)
- Aktoren stellen Energieflüsse oder Massen-/Volumenströme
- Aktoren liefern am Ausgang eine Energie oder Leistung
33.) Was ist ein Pulsweitenmoduliertes Signal und nenne Vorteile davon?
Ein Pulsweitenmoduliertes Signal ist ein Signal, welches zyklisch zwischen den Logikpegeln „High“ und „Low“ wechselt.
- Puls-Weiten-Modulierte Signale werden zur Ansteuerung von elektromagnetischen Stellgliedern genutzt. Z.B.
- Motoren
- Helligkeit LED
- Sitz-, Scheiben-, Lenkradheizung
- Abgasrückführventil (AGR)
- Ladedrucksteller
-> Tiefpassverhalten in der Strecke wirkt wie kontinuierliches Signal!
- Erzeugung der Ausgangsspannung über gepulst betriebene Transistorsteller -> hoher Wirkungsgrad
- Entweder konstante Pulsfrequenz oder konstante Einschaltzeit
- Einschaltzeit: Strom IA durch den Anker des anzusteuernden Motors
- Ausschaltzeit: Freilaufstrom IF durch Motorwicklung und Freilaufdiode getrieben durch Induktivität der Ankerwicklung (bei hohen Pulsfrequenzen (>1kHz) Ankerinduktivität zur Stromglättung ausreichend)
- Volles Drehmoment über gesamte Periodendauer, da immer ein Strom fließt
34.) Was ist Mapping?
... ist die Zuordnung einer oder mehrer Funktionen auf die Hardwarekomponenten
35.) Welche Charakteristika umfasst ein Bussystem?
- Art der Verbindung (Topologie),
- den Regeln (Protokoll),
- Spezifikation der physikalischen Realisierung der Kommunikation mehrerer Teilnehmer, als ein System digitaler Signalübertragung.
36.) Definiere Protokoll
... beschreibt ein vollständiges uns eindeutiges Regelwerk für die Kommunikation von mindestens zwei Teilnehmern.
37.) Definiere Funktionspartitionierung
... ist die Zerlegung einer Funktion oder eines Systems in Teilfunktionen bzw. Teilsysteme / Subsysteme.
38.) Definiere Nachricht erkläre kurz den Aufbau.
Ein mit Signalen / Daten befüllter Nachrichtenrahmen heißt Nachricht / Botschaft.
Aufbau: siehe Bild
39.) Wozu wird die Kommunikations- oder auch K- Matrix verwendet?
Die K- Matrix stellt den Zusammenhang zwischen Signalen, Nachrichten auf dem CAN- Bus und den Steuergeräten her.
Entsprechend der zugrunde liegenden funktionellen Topologie wird hier den Signalen ihre Bedeutung zugeordnet. Die Signale entsprechen dabei den Kanten des Funktionsgraphen. Darüber hinaus werden technologische Daten (Wiederholzeit, Übertragungsart) für jedes Signal/Nachricht definiert.
Die K-Matrix wird manuell erstellt und ist wichtige Grundlage im Entwicklungsprozess des verteilten Steuergerätenetzwerkes in Kraftfahrzeugen.
40.) Was sind kritische Aspekte verteilter und vernetzter Systeme?
- Echtzeitverhalten -> zeitverhalten der Regelstrecke
- zeitdiskrete Systeme -> Abtastbedingung -> Zeitauflösung
- Latenzzeit -> Zeitraum zwischen Ereignis und sichtbarer Reaktion
- End-to-End- Timing -> Verzögerung zwischen Änderung der Messgröße und der entsprechenden Stellgröße -> Berücksichtigung aller Verzögerungen
- Sychronisation -> werden parallel erfassten Signale mit gleichem Zeitbezug verarbeitet
- Probleme bei Zustandsübergängen in System of Sytems
41.) Definiere Diagnose
Aus konkreten und mehr diffusen Symptomen des Patienten und der Krankheitsgeschichte erstellt der Arzt unter Zuhilfenahme seines Instrumentariums ein Zustandsbild des Patienten, um geeignete Maßnahmen zur Heilung einzuleiten.
42.) Definiere klassische Fahrzeugdiagnose
Aus konkreten und diffusen Symptomen, die der Fahrer schildert, wird im Service unter Zuhilfenahme der On-Board- und Off-Board-Diagnosesysteme ein exaktes Fehlerbild erstellt und es werden geeignete Reparaturmaßnahmen eingeleitet.
43.) Wie lautet der erweiterte Diagnosebegriff?
Der erweiterte Diagnosebegriff umfasst On- und Off-Board-Methoden, Prozesse und Werkzeuge, um im gesamten Lebenszyklus von Steuergeräten und Fahrzeugen die Vorgänge Entwicklung, Programmierung (Flashen), Konfiguration, Fehlersuche und Reparatur durchführen zu können.
44.) Definiere Fehler
Kennzeichnet einen Zustand in dem die Merkmale eines Systems von den Sollwerten abweichen. Es liegt nicht notwendigerweise eine Beeinträchtigung einer Funktion vor.
Aus Fehler können Störung und / oder Ausfall resultieren.
45.) Definiere Störung
Zeitlich begrenzt auftretende Beeinträchtigung der Funktion die aus einem Fehler folgt. Man spricht auch von sporadischen Fehlern.
46.) Definiere Ausfall
Dauerhafte Beeinträchtigung der Funktion die aus einem Fehler folgt.
47.) Wie sieht das Grundprinzip der Diagnose in mechatronischen System aus?
siehe Bild
48.) Nenne Methoden zur Fehlererkennung.
Signalbasierend:
- Grenzwertüberwachung
- Trendanalyse
- Signalvorhersage
Modellbasierend:
- mit Prozessmodellen
49.) Definiere Testen
Testen ist eine Entwicklungsaktivität mit dem Ziel, Fehler zu finden. Testen hat das Ziel die Qualität und Zuverlässigkeit eines Produktes zu erhöhen. [WaRe06]
1.) Definiere Mechatronik
Mechatronik stellt eine interdisziplinäre Fächerkombination dar, welche Hauptsächlich aus den drei Fachbereichen Mechanik, Informatik und Elektrotechnik besteht.
Im Vordergrund der Mechatronik steht die Ergänzung und Erweiterung mechanischer Systeme durch Sensoren und Mikrorechner zur Realisierung teilintelligenter Produkte und Systeme.
2.) Definiere System
Ein System ist ein Gebilde, dass durch seine Funktion und Struktur verbunden ist und durch seine Systemgrenzen von seiner Umgebungvirtuell abgegrenzt werden kann.
3.) Welche Flussgrößen können in Systemen auftreten?
Stofffluss
Energiefluss
Informationsfluss
4.) Definiere mechatronische Systeme
die Systemelemente / Komponenten {A} bestehen aus
- mechanischer Grundstruktur
- Sensoren und Aktoren
- Informationsverarbeitenden Komponenten
5.) Nenne Eigenschaften von mechatronischen Systemen.
- (Teil- ) Funktionen können in Software realisiert werden
- höhere Flexibilität
- höhere Parameter- und Variantenvielfalt im vgl. zu mechanischen Systemen
- Funktionsupdate im Feld ( beim Kunden, weltweit )
- neue Funktionsmöglichkeiten ( Regelung, Steuerung, ...)
- Hohe Präzision von geregelten Systemen
- geringer Einflussder Alterung ( kann durch Software ausgeglichen werden)
- Genauigkeit bei der Fertigung durch Sensoreinsatz und Rückführungen
- (Teilweise)Verringerung der Systemkomplexität
- Ersetzen komplexer mechanischer Konstruktionen durch Sensor-Verarbeitung-Aktor – Ketten
- Fehlererkennung erschwert
- Trennung Energie/Information (Daten)
- Einfache Mensch-Maschine-Schnittstellen
6.) Definiere Echtzeit
- Unterscheide HARTE und WEICHE Echtzeit
Reaktion auf äußeres (unvorhergesehenes) Ereignis muss in vorgegebener Zeit erfolgen
HARTE Echtzeit:
kritische Folgen bei Nichteinhaltung (z.B.: Airbag, ...)
WEICHE Echtzeit
Nichteinhaltung führt nicht sofort zu kritischen Folgen (z.B.: Mediensystem im Kfz, ...)
7.) Definiere Systementwurf
- ... ist Folge von Entwurfsschritten
- ... ist eine abstrakte Definition von Aktivitäten
- Ein Entwurfsschritt beinhaltet folgende, zu beachtende Eigenschaften und Aspekte:
- Personen
- Methoden
- Eingabedaten
- Teilaufgabe
- Ergebnisse
8.) Definiere markante Schnittstellen zwischen den Entwurfsschritten
- Analyse
- Design
- Implementierung
- Applikation
- Test
9.) Nenne verschiendene Vorgehensmodelle.
Wasserfallmodell
V- Modell
Spiralmodell
10.) Welche Festlegungen werden mit den Anwenden eines Vorgehensmodell getroffen?
- Ein Prozessmodell definiert den organisatorischen Rahmen für komplexe Entwurfsprozesse
- Festlegungen:
- zu durchlaufende Prozessschritte
- dabei durchgeführte Aktivitäten
- Definition von Teilprodukten und Abnahmekriterien
- Anzuwendende Standards in der Entwicklung
- Richtlinien
- Rollenmodelle ( Aufgaben die von Mitarbeitern erfüllt werden müssen)
- Einzusetzende Methoden und Werkzeuge
11.) Nenne und Beschreibe kurz die einzelnen Phasen im V- Modell.
Analyse
Spezifikation
Design
Implementierung
Komponententest
Modultest
Systemtest
Abnahmetest
in Richtung des roten Pfeiles sind steigende Kosten zu erwarten
12.) Definiere Anforderung
... ist eine Bedingung oder Eigenschaft, die ein System oder eine Person benötigt, um ein Problem zu lösen oder ein Ziel zu erreichen
...ist 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.
...ist eine dokumentierte Repräsentation einer Bedingung oder Eigenschaft wie oben definiert.
13.) In welche Anforderungen können Anforderungen unterteilt werden?
funktionale Anforderungen
nichtfunktionale Anforderungen
- unterspezifiziert funktional
- Qualitätsanforderungen
- technische
- Benutzerschnitstelle
- Dienstqualität
- Lieferbestandteile
- Rahmenbedingungen
14.) Definiere funktionale Anforderung und Nenne ein Beispiel
... definiert eine vom System bzw. von einer Systemkomponente bereitzustellende Funktion oder einen bereitzustellenden Service. Als Benutzeranforderung kann eine funktionale Anforderung kann sehr allgemein beschrieben sein. Als Bestandteil einer Spezifikation beschreibt eine funktionale Anforderung detailliert Eingaben und Ausgaben sowie bekannte Ausnahmen.
Bsp.: funktionale Anforderung an das Gebäudesicherheitssystem
Stellt ein Glasbruchsensor fest, dass eine Glasscheibe beschädigt wurde, muss das System den Sicherheitsdienst benachrichtigen.
15.) Nenne Qualitätskriterien für gut formulierte Anforderungen
Korrektheit
Die Anforderung muss dem Wunsch des Kunden richtig abbilden.
Eindeutigkeit
Die Anforderung darf nur auf eine Weise interpretierbar sein.
Vollzähligkeit
Die Anforderung beschreibt die Funktionalität umfassend.
Prüfbarkeit
Die Anforderung muss so beschrieben sein, dass sie testbar ist.
Bewertbarkeit
Die Anforderung muss hinsichtlich der Priorität einordbar sein.
Nicht alle Anforderungen sind gleich wichtig:
- MUSS -> unverzichtbar
- SOLL -> wichtig, aber bei zu hohen Kosten verzichtbar
- Wunsch- Anforderung -> schön zu haben, aber nicht essentiell
Modifizierbarkeit
Die Anforderung muss so formuliert sein, dass Lücken und Risiken erkennbar sind und notwendige Änderungen eingebracht werden können.
Verfolgbarkeit
Die Anforderung muss eindeutig identifizierbar sein und Informationen zu Autor, Version usw. enthalten.
Konsistenz
Die Anforderung ist hinsichtlich Inhalt und Beschreibung gleich zu allen anderen Anforerungen.
16.) Definiere Nichtfunktionale Anforderungen
Nichtfunktionale Anforderungen (NFA) sind Qualitätseigenschaften und Einschränkungen eines Produktes. Nichtfunktionale Anforderungen beschreiben Bedingungen, die an die Dienste und Leistungen des Systems oder der Systemerstellung gestellt werden.
Eine systematische Struktur von nichtfunktionalen Anforderungen liefert der ISO-Standard 9126.
NFA lassen sich in unterspezifizierte funktionale und Qualitätsanforderungen trennen. Die meisten der sogenannten nichtfunktionalen Anforderungen verbergen unzureichend verstandene und unzureichend spezifizierte funktionale Anforderungen.
17.) Nenne Problem / Herausforderungen mit Nichtfunktionalen Anforderungen.
•Schwer zu spezifizieren und zu testen
•Nur auf Komponentenebene validierbar, während Fehler aus dem Zusammenwirken von Komponenten resultieren
•Aufwendige Realisierungen im System
•Starke Wechselwirkungen mit der Architektur und den umgebenden Systemen und Menschen
•Abhängigkeiten untereinander und zu funktionalen Anforderungen
•Schwierige und häufig unzureichende Diagnose und Fehlermanagement
Beispiel: Überprüfbarkeit (Messbarkeit) von (NFA) Anforderungen
keine überprüfbare Anforderung
R1: Das System soll schnell auf Benutzereingaben reagieren.
überprüfbare Anforderung
R1: Die Reaktionszeit des Systems auf Benutzereingaben soll unter 1 Sekunde liegen.
18.) Definiere Qualitätsanforderung
Eine Qualitätsanforderung definiert eine qualitative Eigenschaft des gesamten Systems, einer Systemkomponente oder einer Funktion.
- 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)
- Anforderung an die Durchführung der Entwicklung (z.B. Vorgehensmodell, zur erstellende (Zwischen)-Ergebnisse, vorgeschriebene Werkzeuge, anzuwendende Standards)
- Rechtlich-vertragliche Anforderungen (z.B. Zahlungsmodalitäten, Umgang mit Änderung der Anforderungen)
19.) Definiere Rahmenbedingung
Eine Rahmenbedingung ist eine organisatorische oder technologische Anforderung, die die Art und Weise einschränkt, wie ein Produkt entwickelt wird.
20.) In welche 2 Prozessschritte lässt sich das Anforderungsmanagementprozess unterteilen?
Anforderungen spezifizieren
- gewinnen
- analysieren und dokumentieren
- prüfen
Anforerungen verwalten
- freigeben
- ändern
- verfolgen
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Flashcards
41.) Definiere Diagnose
Aus konkreten und mehr diffusen Symptomen des Patienten und der Krankheitsgeschichte erstellt der Arzt unter Zuhilfenahme seines Instrumentariums ein Zustandsbild des Patienten, um geeignete Maßnahmen zur Heilung einzuleiten.
42.) Definiere klassische Fahrzeugdiagnose
Aus konkreten und diffusen Symptomen, die der Fahrer schildert, wird im Service unter Zuhilfenahme der On-Board- und Off-Board-Diagnosesysteme ein exaktes Fehlerbild erstellt und es werden geeignete Reparaturmaßnahmen eingeleitet.
43.) Wie lautet der erweiterte Diagnosebegriff?
Der erweiterte Diagnosebegriff umfasst On- und Off-Board-Methoden, Prozesse und Werkzeuge, um im gesamten Lebenszyklus von Steuergeräten und Fahrzeugen die Vorgänge Entwicklung, Programmierung (Flashen), Konfiguration, Fehlersuche und Reparatur durchführen zu können.
44.) Definiere Fehler
Kennzeichnet einen Zustand in dem die Merkmale eines Systems von den Sollwerten abweichen. Es liegt nicht notwendigerweise eine Beeinträchtigung einer Funktion vor.
Aus Fehler können Störung und / oder Ausfall resultieren.
45.) Definiere Störung
Zeitlich begrenzt auftretende Beeinträchtigung der Funktion die aus einem Fehler folgt. Man spricht auch von sporadischen Fehlern.
46.) Definiere Ausfall
Dauerhafte Beeinträchtigung der Funktion die aus einem Fehler folgt.
47.) Wie sieht das Grundprinzip der Diagnose in mechatronischen System aus?
siehe Bild
48.) Nenne Methoden zur Fehlererkennung.
Signalbasierend:
- Grenzwertüberwachung
- Trendanalyse
- Signalvorhersage
Modellbasierend:
- mit Prozessmodellen
49.) Definiere Testen
Testen ist eine Entwicklungsaktivität mit dem Ziel, Fehler zu finden. Testen hat das Ziel die Qualität und Zuverlässigkeit eines Produktes zu erhöhen. [WaRe06]
