FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PRODUKTIONSTECHNOLOGIE IPT INTEGRIERTE MECHATRONISCHE SYSTEME

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1 FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PRODUKTIONSTECHNOLOGIE IPT INTEGRIERTE MECHATRONISCHE SYSTEME

2 MECHATRONIK: MASCHINENBAU DER ZUKUNFT Produkte des Maschinenbaus und verwandter Branchen wie der Automobilindustrie beruhen mehr und mehr auf dem engen Zusammenwirken von Mechanik, Elektrik und Elektronik, Regelungstechnik und Softwaretechnik in einem Wort: Mechatronik. Moderne Autos, Werkzeugmaschinen oder Flugzeuge sind Beispiele für mechatronische Systeme oder bestehen aus entsprechenden Subsystemen. Ihnen gemeinsam ist die räumliche Integration mechanischer, elektronischer oder auch optischer Funktionen. Solche Komponenten, die auch als integrierte mechatronische Systeme bezeichnet werden, stellen Entwicklung und Produktion vor besondere Anforderungen hinsichtlich Miniaturisierung, Funktionsintegration, Zuverlässigkeit und Design. Neue Technologien sind gefragt, um diese Anforderungen zu erfüllen. Die wachsende Komplexität der Produkte erfordert eine ebenso spezialisierte Verkettung von Fertigungstechnologien und damit häufig eine integrative Entwicklung von Produkt und Produktionssystem. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT setzt mit seiner Projektgruppe Entwurfstechnik Mechatronik auf diesen ganzheitlichen Entwicklungsansatz: Mit einem systematischen Vorgehen unterstützen wir Sie bei der Entwicklung integrierter mechatronischer Systeme sowohl in einzelnen Projektphasen als auch während der gesamten Projektabwicklung bis zum Serienanlauf. Konzipierung Entwurf und Ausarbeitung Prototyping und Fertigung Produkt Produktionssystem Pr Mechanik Elektronik Softwaretechnik Regelungstechnik Mechatronik Ablauf Logistik Fabrik Mittel Funktionale Tests Aufbau und Verbindung elektr. Schaltung mech. Grundkörper Software und Regelung Mikromechanik Halbleiter-Elektronik Optik Potenzialanalyse

3 Von der Idee zum Produkt Entwurf und Ausarbeitung Nicht nur die Anforderungen eines Produkts, sondern auch die Restriktionen des Produktionssystems müssen im Entwurfsprozess mechatronischer Systeme frühzeitig beachtet werden. Schon heute existieren in den einzelnen Fachdisziplinen umfassende Methoden, Werkzeuge und Vorgehensmodelle für die Entwicklung. Die interdisziplinäre Entwicklung integrierter mechatronischer Systeme gestaltet sich jedoch deutlich komplexer: Grundlegende Entscheidungen und Zusammenhänge müssen bereits während der Konzeption betrachtet werden, denn sie entscheiden über Erfolg oder Misserfolg des Produkts am Markt. Das Fraunhofer IPT bietet für diese Phase der Produktentstehung passende Leistungen an, damit Ihre Produkte im Wettbewerb gut aufgestellt sind. In der Entwurfsphase spielen sich entscheidende Prozesse der Produktentwicklung ab, denn der Entwurf mechatronischer Systeme erfordert hochgradig interdisziplinäres Arbeiten. Die parallele Entwicklung von Mechanik, Elektronik und Software ist ein wichtiges Merkmal hochgradig funktionsintegrierter Produkte. Interdisziplinäres Arbeiten und die parallele Entwicklung ziehen sich durch die gesamte Entwurfsphase von der Erstellung von Anwendungsszenarien über die Auslegung bis zur Konstruktion und Implementierung. Die Kompetenzen des Fraunhofer IPT decken das gesamte Spektrum von Entwurf und Ausarbeitung ab. Anforderungsspezifikation Analyse des Systemumfelds Definition von Anwendungsszenarien Erstellung fachdisziplinübergreifender Lastenhefte Integrative Konzeption von Produkt und Produktionssystem Modellierung aller Systemfunktionen Identifikation innovativer Lösungen Erstellung einer fachdisziplinübergreifenden Produktarchitektur Identifikation geeigneter Fertigungstechnologien Spezifikation der Arbeitsablauf- und Ressourcenplanung Frühzeitige Systemanalyse Integrierte Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) und Fehlerbaumanalyse (FTA) Analyse der Produktkomplexität Entwicklungsorientierte Produktmodularisierung Robustheitsanalyse der Produktarchitektur hinsichtlich alternativer Fertigungstechnologien Projektmanagement Wirtschaftlichkeits- und Risikobetrachtung Definition des Entwicklungsprozesses Fachabteilungsübergreifende Projektstrukturierung Auslegung und Berechnung Erstellung von Pflichtenheften Dimensionierung Berechnung und Optimierung Modellierung und Simulation Modellierung dynamischer Effekte Simulation und Analyse des Systemverhaltens Konstruktion Integrierte Konstruktion von Mechanik und Elektronik Umsetzung von kompakten Produkten durch Funktionsintegration/Integralbauweise Anwendung von Konstruktions- und Entwurfssystematik Entwicklung von Baukastensystemen Steuerungs- und Regelungstechnik Entwurf des Steuerungs- und Regelungskonzepts Modellbasierte Optimierung

4 Prototyping und Fertigung Potenzialanalyse Die Herstellung mechatronischer Systeme erfordert oft die Kombination und Integration unterschiedlicher Produktionstechnologien. Gleichzeitig finden zur Qualitätssicherung umfassende Funktionstests der Produkte statt. Ob Fertigung und Montage von Produktprototypen oder Ramp-up-Begleitung für die Serienproduktion: Das Fraunhofer IPT unterstützt Sie beim Initiieren von Produktionsprozessen und bei der Optimierung Ihrer Produktionssysteme. Die Beherrschung unterschiedlichster Fertigungstechnologien beruht auf unserer langjährigen Erfahrung mit der entsprechenden Maschinenund Anlagentechnik. Fertigungstechnologien Präzisionszerspanung Replikation Laserbasierte und -unterstützte Fertigungs- und Fügetechnologien Generative Verfahren Fertigungsmesstechnik Formtoleranzen Oberflächen- und Materialcharakterisierung Präzisionsmontage Automatisierte Montage im Reinraum Manuelle Präzisionsmontage Molded Interconnect Devices (MID) Strukturierung dreidimensionaler Grundkörper Bestückung dreidimensionaler Schaltungsträger Entwicklungs- und Testumgebungen zur Qualitätssicherung Funktionstests Hardware-/Software-in-the-loop Wer maximale Produktivität, Qualität und Leistungsfähigkeit seines Produkts erzielen will, muss alle Nutzenpotenziale erkennen und voll ausschöpfen. Das Fraunhofer IPT identifiziert den Optimierungsbedarf in Produktdesign und Produktionsprozessen durch die integrative Analyse von Produkt und Produktionssystem. Die abgeleiteten Optimierungsmaßnahmen werden dann im Entwicklungsprozess umgesetzt. Durchführung von Technologie-Einführungsseminaren Analyse und Bewertung des bestehenden Produktportfolios zur Identifikation relevanter Produktfunktionen Systematische Erarbeitung von Produktideen im Rahmen von Workshops Kundenspezifische Bewertung der Ideen und Gegenüberstellung der Chancen und Risiken für den Einsatz neuer Technologien Ableitung von Optimierungsstrategien

5 Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Steinbachstraße Aachen Telefon Fax Fraunhofer-Projektgruppe Entwurfstechnik Mechatronik Zukunftsmeile Paderborn Telefon Fax mechatronik@ipt.fraunhofer.de