Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse für mechatronische Systeme

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1 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 Qualitätswesen Fachbereich D Abteilung Sicherheitstechnik Bergische Universität Wuppertal Dipl.-Ing. Sebastian Schlund In Kooperation mit: Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Stefan Kulig Lehrstuhl für Elektrische Antriebe und Mechatronik Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Universität Dortmund Dipl.-Ing. Sebastian Gruber

2 Gliederung Problemlage und Zielsetzung Industriebefragung zur Produktentwicklung mechatronischer Systeme in logistischen Anlagen Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse Ausblick Seite / 7

3 Problemlage und Zielsetzung Entwicklung des Begriffes Mechatronik Softwaretechnik Automatisierungstechnik Informationstechnik Maschinenbau Elektrotechnik Mechanik Feinwerktechnik Fluidtechnik Mikroelektronik Leistungselektronik Quelle: nach Richtlinie VDI 06: Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme; Ausschuss Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme (Hrsg.); Berlin: Beuth, 00. Quelle: Möhringer, Stefan: Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme: Universität Paderborn Heinz Nixdorf Inst., 005 Seite / 7

4 Problemlage und Zielsetzung 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, 9./0. März 000, Wiesloch; Düsseldorf: VDI Verlag, 000 Seite / 7

5 Problemlage und Zielsetzung 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. Seite 5 / 7

6 Problemlage und Zielsetzung Zielsetzung Entwicklung eines generischen Methoden-Workflows für das in logistischen Anlagen mit den Zielen: durchgängige, ganzheitliche und rückverfolgbare Produktentwicklung, Modellierung der Wechselwirkungen zwischen den Teilsystemen, komplexitätsreduzierter methodischer Entwicklungsablauf und Integration bestehender Simulationen. Seite 6 / 7

7 Problemlage und Zielsetzung Arbeitsablauf bei kombinierter Anwendung von Simulation und DeCoDe mit optionalen Schleifen und Parallel-Verzweigungen. Legende: DeCoDe = Demand Compliant Design SIM = Simulation AF = Anforderungen Seite 7 / 7

8 Problemlage und Zielsetzung Projektphasen. Analysephase. Methodenentwurf zum Design von mechatronischen Systemen. Modellierung von Systemen mit unscharfen Systemgrenzen. Verallgemeinerung des methodischen Vorgehens zum mechatronischen Systemdesign 5. Fortlaufende Evaluierung und Erprobung der Ergebnisse..... Befragungen zu Entwicklungsmethoden und -prozessen Standardisierung von Konstruktionsund Entwicklungsprozessen Systematisierung und Strukturierung der Ergebnisse 5. Erstellung von Systemstrukturen (Bäume, Matrizen) Verknüpfung von Detailsimulation mit Entwurfsmethodik Attributierung simulierter Wechselwirkungen Analyse unscharfer Grenzen von Teilsystemen Systematik zur Überprüfung parasitärer Wechselwirkungen Simulation vermuteter physikalischer Wechselwirkungen T R A N S F E R Kontinuierliche Evaluierung und Optimierung der Ergebnisse innerhalb der Teilprojektphasen und Projektübergreifend Schematische Darstellung der Teilprojektphasen mit Transfer der Ergebnisse in das Zentralprojekt Seite 8 / 7

9 Industriebefragung zur Produktentwicklung mechatronischer Systeme in logistischen Anlagen 09/06 0/06 /06 /06 0/07 0/07 0/07 Recherche relevanter Unternehmen orientierendes Interview (Motek) Vorbereitung Fragebogen Pretest Versand Fragebogen Bearbeitung in den Unternehmen Nachfassen per Telefon erweitertes Interview (Mitte 0/07) Endauswertung (bis Mitte 0/07) Seite 9 / 7

10 Industriebefragung zur Produktentwicklung mechatronischer Systeme in logistischen Anlagen Gemeinsamer Besuch der Messe Motek in Sinsheim ( ) Ziel: Überblick über Stand der eingesetzten Technik und Vorbereitung der Herstellerbefragung Ablauf: Direkte Ansprache von Unternehmensvertretern aus den Bereichen: Antriebstechnik () Fördertechnik (0) Ingenieurdienstleistungen (5) Ergebnisse: grundsätzliches Interesse zur Teilnahme an der Befragung vorhanden ca. 0 direkte Ansprechpartner aus Entwicklungsabteilung bzw. Geschäftsführung Seite 0 / 7

11 Offizielles Anschreiben Pressemitteilung Inhalte der Befragung Industriebefragung zur Produktentwicklung mechatronischer Systeme in logistischen Anlagen Strukturierung 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 mechatonischer Produkte Antriebs- bzw. Fördertechnik Bewertung von Anforderungen, Realisierung und Zuverlässigkeit der Technik, verwendbare Sensorik Seite / 7

12 Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse Ziel: Standarisierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse (K&E - Prozesse) Vorgehen: Recherche von K&E Prozessen Aufstellen von Vergleichskriterien orientierende Einordnung der K&E Prozesse bezüglich der Kriterien genauere Analyse ausgewählter K&E-Prozesse Auswahl / Erweiterung eines Vorgehensmodells für Konstruktions- und Entwicklungsprozesse Seite / 7

13 Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse Einordnung der recherchierten Vorgehensmodelle zur Produktentwicklung domänenspezifisch VDI / Wasserfallmodell V-Modell Y-Modell domänenübergreifend Systems Engineering Spiralmodell Münchener Vorgehensmodell (MVM) (Lindemann) VDI für mechatronische Systeme VDI 06 Isermann INERELA Konstruktionsmethodik für selbstoptimierende Systeme (Gausemeier) Seite / 7

14 Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse Vergleichskriterien Betrachtung des Produktlebenszyklus im K&E Prozeß Systembeschreibung / Systemabgrenzung Betrachtung physikalischer Wechselwirkungen zwischen Systemelementen Berücksichtigung von Meilensteinen Nachvollziehbarkeit Berücksichtigung der Anforderungen Seite / 7

15 Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse mechatronische Systeme domänenübergreifend domänenspezifisch VDI-Richtlinie Wasserfallmodell V-Modell Y-Modell Systems Engineering Spiralmodell Münchener Vorgehensmodell VDI-Richtlinie VDI-Richtlinie 06 Isermann INERELA Selbstoptimierende Systeme Lebenszyklus Systemabgrenzung phys. Wechselwirkungen Meilensteine Nachvollziehbarkeit Kriterien an Vorgehensweise für anforderungsgerechtes Design orientierende Einordnung Einordnung der unterschiedlichen Vorgehensmodelle hinsichtlich definierter Kriterien nicht berücksichtigt Anforderungen in Teilaspekten berücksichtigt vollständig berücksichtigt Seite 5 / 7

16 Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse Genauere Analyse ausgewählter K&E-Prozesse Kriterium Lebenszyklus Merkmalsausprägung nicht vorgesehen vorgesehen definiert nachvollziehbar prüfbar Systemabgrenzung Phys. Wechselwirkungen Meilensteine nicht vorgesehen nicht vorgesehen nicht vorgesehen vorgesehen definiert nachvollziehbar prüfbar vorgesehen definiert nachvollziehbar prüfbar vorgesehen definiert nachvollziehbar prüfbar Nachvollziehbarkeit Gedankenmodell Ablaufschema Handlungsablauf Anforderungen nicht betrachtet anfangs betrachtet Erweiterung ganzheitliche Betrachtung durchgängige Betrachtung Seite 6 / 7

17 Ausblick Bewertung der Vorgehensmodelle Ausarbeitung 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-Methode Gewährleistung der Rückverfolgbarkeit Methode zum anforderungsgerechten Design mechatronischer Systeme in der Logistik Idee Serienanlauf Seite 7 / 7